QUY TRÌNH SOẠN THẢO GIÁO ÁN MÔN LẬP TRÌNH THEO PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC TIẾN HÓA TS Hà Viết Hải Đại học Sư phạm, Đại học Huế Tóm tắt Làm để người học nhanh chóng vững nắm bắt học mục tiêu chủ yếu phương pháp dạy học Đối với học dài, chứa nhiều kiến thức khó, phức tạp mục tiêu trở nên quan trọng Phương pháp dạy học tiến hóa đề nguyên tắc để đạt mục tiêu nói Bài viết nhằm mục tiêu giới thiệu quy trình soạn thảo giáo án môn Lập trình theo phương pháp dạy học ví dụ minh họa môn học lập trình I Giới thiệu vấn đề Lý thuyết Vùng phát triển gần Phương pháp dạy học tiến hóa Theo nhà tâm lý học sư phạm Vygotskiĭ , để học sinh tiếp nhận tri thức mới, hình thành kỹ phương pháp qua trình dạy học phải tổ chức hoạt động hướng vào vùng phát triển gần [1] Đó vùng chứa điều mà người học chưa biết, đạt nhờ giúp đỡ giáo viên đường khác Theo đó, giáo viên tổ chức trình phát triển người học, dẫn dắt họ đạt tới vùng phát triển gần nhất, đồng thời lại hình thành vùng phát triển gần kế tiếp, để học sinh liên tục có phát triển Thực tế phải học học dài, phức tạp, người học gặp nhiều khó khăn khả nắm bắt vấn đề khó, phức tạp người có hạn, dễ dẫn đến tình họ không theo kịp giảng chán nản, bỏ Đây tình mà mục tiêu học nằm vùng phát triển gần nhất, khó để đạt đến theo kiểu tổ chức dạy học thông thường Phương pháp dạy học tiến hóa [2] khởi nguồn từ ý tưởng mô hình phát triển tiến hóa [3] ngành công nghệ phần mềm, sinh để giải tình khó khăn Ý tưởng cốt lõi phương pháp tổ chức trình dạy học thành nhiều bước lặp, bước nhằm đạt số mục tiêu thành phần, bước sau kế thừa, phát triển bước trước Như vậy, với mục tiêu cuối cùng, xa với vùng nhận thức tại, học sinh tiến đến qua bước đủ nhỏ để dễ dàng tiếp cận Cũng cần nhấn mạnh tính chất kế thừa, phát triển bước lặp yêu cầu quan trọng thiết kế trình dạy học Đây yếu tố để phân biệt Phương pháp dạy học tiến hóa với phương pháp chương trình hóa [4][5] phương pháp gia tăng (Incremental Learning) [6], vốn phát triển từ lâu Sử dụng Phương pháp dạy học tiến hóa, giáo viên có cách thức rõ ràng để tổ chức trình dạy học cho trở nên dễ, nhanh, chắn có nhiều hứng thú Các đặc điểm Phương pháp dạy học tiến hóa Phương pháp dạy học tiến hóa có đặc điểm [2] Hướng đa mục tiêu: hướng đa mục tiêu không xác lập mục tiêu tổng thể mà thể qua việc xác lập mục tiêu mục tiêu nhỏ bước lặp Các mục tiêu nhỏ thành phần mục tiêu tổng thể, mục tiêu trung gian lồng ghép với mục tiêu xác lập theo yêu cầu phương diện khác trình dạy học Lặp sớm thường xuyên: kết việc dạy học không nhìn thấy rõ ràng cuối trình mà cuối bước lặp Mục tiêu tổng thể toàn học chia nhiều mục tiêu thành phần, bước lặp nhằm đạt mục tiêu Cũng có số bước lặp xác lập để đạt mục tiêu trung gian Một yêu cầu đặc biệt phương pháp nội dung và/hoặc mục tiêu bước lặp sau phải kế thừa, phát triển từ bước lặp trước đó, nói cách khác bước sau “tiến hóa” bước trước Nếu không thỏa yêu cầu học không theo mô hình tiến hóa mà chuỗi thành phần riêng lẻ nối tiếp Đầy đủ phần xác lập mục tiêu, phân tích yêu cầu, thiết kế học, thực thi trình dạy học kiểm tra, đánh giá bước lặp: để bước lặp thực có hiệu quả, mục tiêu phải rõ ràng nhìn thấy kích thích hứng thú người học Mục tiêu trung gian trình đến mục tiêu tổng thể chí đến giai đoạn cuối kết bước trung gian không giữ nguyên bỏ Trong trường hợp này, bước lặp mục tiêu trung gian phải có ý nghĩa theo khía cạnh người học cần thiết cho trình tổ chức học, chẳng hạn để dễ dàng hóa trình tiếp thu hỗ trợ việc chia nhỏ học cách có lôgic Tuy nhiên, phần xác định mục tiêu, phân tích yêu cầu thiết kế học thiết phải tiến hành trọn vẹn lần dạy thứ không đầy đủ lần dạy sau Hướng đến người học: đặc điểm qua ý tưởng giúp tổ chức trình học trở nên dễ tiếp cận, nhiều hứng thú người học mà thể yêu cầu thiết kế bước lặp phải có mục tiêu thành phần có ý nghĩa dễ nhìn thấy người học nêu đặc điểm 5 Kiến trúc học với kết thúc mở: Thông thường mục đích thành phần học xác định rõ ràng từ ban đầu biến động trình dạy học Những trường hợp đặc biệt học theo phương pháp dựa dự án [7] phương pháp dựa vấn đề [8] có kết thúc mở kết hợp với phương pháp tiến hóa Định hướng mục tiêu, không định hướng hình thức: Ý tưởng phương pháp tiến hóa bước lặp, dựa tiệm cần dần đến mục tiêu cuối Mỗi bước lặp xác định mục tiêu, sau đến phần khác, nhờ mà người thiết kế trình dạy học định hướng rõ theo lộ trình hướng mục tiêu, thoát khỏi ràng buộc hình thức II Quy trình soạn thảo học theo phương pháp dạy học tiến hóa Dựa vào mô hình [2] đặc điểm Phương pháp dạy học tiến hóa, đề xuất quy trình để soạn thảo học theo phương pháp này, trước hết cho môn Lập trình, Lựa chọn học phù hợp Theo đặc trưng Phương pháp dạy học tiến hóa, học phù hợp để tổ chức dạy học theo phương pháp có đặc điểm:  Dài, chứa nhiều kiến thức phức tạp: Ý tưởng khởi thủy Phương pháp dạy học tiến hóa để dễ dàng hóa trình học học có đặc điểm Liên quan đến độ dài, nội dung học nhiều mục tiêu nằm vùng phát triển gần người học Về mặt thời gian, lượng kiến thức cần học tiếp thu hết quảng thời gian đủ ngắn để trạng thái tâm lý hứng khởi, kích thích ban đầu không bị chuyển sang trạng thái mệt mỏi, chán nản Đối với học sinh phổ thông sinh viên đại học, quảng thời gian không nên vượt tiết học trường hợp thông thường; riêng trường hợp học theo dự án, quảng thời gian dài nhiều, nhiên không nên lâu để trì hứng thú người học  Có thể phân chia thành nhiều giai đoạn “kế thừa” lẫn nhau: kiến thức học chia thành nhiều phần có tính liên tục, tính kế thừa thể hai dạng o Dạng Kế thừa mặt nội dung kiến thức: kiến thức sau đặt sở kiến thức trước, mở rộng, bổ sung kiến thức trước Như vậy, kiến thức thu nhận dãy kế thừa lẫn Dạng phù hợp cho học thiên tính lý thuyết; o Dạng Kế thừa mặt kết quả: sau làm công việc đó, người học tiếp tục tiếp thu thêm kiến thức sau làm công việc mở rộng thêm cho công việc trước Như vậy, kết thu dãy tiến hóa theo chuỗi kiến thức thu nhận Dạng phù hợp với học kết hợp lý thuyết vận dụng 2.2 Thiết kế học theo chuỗi bước lặp tiến hóa Phỏng theo bước việc phát triển phần mềm theo mô hình tiến hóa [2][3], bước việc thiết kế học theo phương pháp tiến hóa liệt kê Bước Thiết lập mục tiêu chân trời: mục tiêu mà học hướng tới, thông thường khả mới, trạng thái nhận thức mà người học đạt sau học xong học Trong đa số học, mục tiêu tương đối rõ người xây dựng học Tuy nhiên, mục tiêu mang tính mở, chẳng hạn trường hợp học theo dự án Bước Xác định yêu cầu: từ mục tiêu chân trời, xác định yêu cầu cần thiết để hướng tới mục tiêu Những yêu cầu đa dạng, phụ thuộc vào học cụ thể cách khái quát chia vào nhóm gồm:  Những yêu cầu cần đạt để đạt mục tiêu;  Yêu cầu với người học: trạng thái khả ban đầu; yêu cầu trình dạy học người học (và người dạy);  Những yêu cầu hỗ trợ môi trường, phương tiện dạy học Như đề cập bước 1, mục tiêu chân trời học xác định rõ mang tính mở nên yêu cầu cần xác định rõ mang tính mở Bước Thiết lập kiến trúc mở tổng thể: từ yêu cầu xác định bước 2, lựa chọn phương án hay đường thực để người học chuyển từ trạng thái đến trạng thái xác định mục tiêu chân trời Đối với trường hợp học mở, đường thực có tính mở thực sự, mang tính định tính, định hướng bổ sung, xác dần qua bước lặp Đối với học xác định rõ mục tiêu chân trời, phương án xác định rõ, bao gồm tập những kiến thức, kỹ cần thiết mà người học cần tiếp thu, thực cách thức để người học thu nhận kiến thức, kỹ đó, hay nói cách khác phương pháp dạy học tập cụ thể giai đoạn đường thực Bước Xác lập bước lặp (liều học) Theo phương án xác lập bước 3, xác định bước lặp quy mô phù hợp mặt dung lượng thời gian đảm bảo tính kế thừa Tùy vào đặc điểm phương án xác định bước mang tính mở hay xác định rõ mà cách thức xác định bước lặp khác Trường hợp phương án mang tính mở: trường hợp giống với việc phát triển phần mềm theo mô hình tiến hóa quy trình xác định bước lặp học mô tương tự, nghĩa gồm bước nhỏ: a Hướng tới mục tiêu chân trời đảm bảo yêu cầu xác định bước 2, theo đường định bước 3, xác định mục tiêu bé hơn, xác cho bước lặp Tiếp theo xác định phương án dạy học để đạt mục tiêu b Thực trình dạy học theo bước lặp xác định c Tiến hành đánh giá kết đạt sau hoàn thành bước lặp d Dựa vào kết đạt sau bước lặp, quay lại để điều chỉnh mục tiêu chân trời e Kế thừa kết đạt bước lặp vừa hoàn thành định hướng theo mục tiêu chân trời, quay lại thực bước a cho lần lặp Trường hợp phương án tổng thể xác định rõ, tức lộ trình tổng quan học xác định tương đối xác, bước lặp xác định cách phân chia lộ trình thành giai đoạn với yêu cầu cụ thể:  Về kích thước: đủ nhỏ để người học dễ dàng tiếp thu đủ ngắn để trì hứng thú học tập họ Kích thước phải đủ lớn để mang lại kết có ý nghĩa nhìn thấy người học để kích thích hứng thú học tập họ;  Về tính độc lập tương đối: đủ độc lập mang lại kết có ý nghĩa đề cập yêu cầu trên;  Về tính kế thừa: phân chia phải khéo léo cho giai đoạn sau phải kế thừa giai đoạn trước Một số khó khăn xảy bước hướng giải là:  Nội dung học khó chia nhỏ: nhiên học chứa nhiều kiến thức lại liên quan chặt với nhau, khó chia nhỏ đảm bảo phần có tính độc lập tương đối dẫn đến kết có ý nghĩa để người học nhìn thấy kích thích hứng thú họ Trường hợp giải cách tách kiến thức thành nhiều nhóm nhỏ, với nhóm lại tìm thêm mục tiêu phụ, kết phụ để kích thích hứng thú người học Một trường hợp khác tương tự lượng số lượng kiến thức không nhiều, lại phức tạp đòi hỏi phải có thời gian dài để lĩnh hội Trường hợp giải cách phân rã kiến thức phức tạp thành nhiều giai đoạn nhỏ, đơn giản hơn, bổ sung thêm giai đoạn trung gian với kiến thức đủ nhỏ để tiệm cận dần đến kiến thức phức tạp cuối cùng, chấp nhận việc kiến thức trung gian không thực có ý nghĩa không sử dụng thời điểm cuối  Khó đảm bảo tính kế thừa bước lặp: học phân chia thành nhiều bước nhỏ tương đối độc lập, với kết có ý nghĩa nhìn thấy tính kế thừa bước lặp lại không rõ Nói cách khác, học có cấu trúc gồm nhiều nội dung rời rạc Trường hợp nói chung không thích hợp để tổ chức trình dạy học theo phương pháp tiến hóa Tuy nhiên, số tình huống, phá bỏ tính rời rạc cách bổ sung thêm bước trung gian trường hợp nêu cách đưa mục đích chung có liên quan đến tất phần rời rạc Bằng cách này, mối liên kết nội dung thành phần thiết lập, từ tăng cường tính kế thừa bước với tính kế thừa bước với mục đích tổng thể cuối III Giáo án Căn lập trình C Trong phần này, giới thiệu ví dụ giáo án soạn thảo cho học lập trình C chương trình liên kết đào tạo Kỹ sư INSA Val de Loire tiến hành trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Bài giảng nguyên gốc chuyển giao từ Trung tâm INSA Val de Loire, Pháp với thời lượng học, có lý thuyết sau thực hành Qua vài năm tiến hành đào tạo, nhận thấy lý thuyết chứa nhiều kiến thức Hơn nữa, sinh viên, điểm khởi đầu việc học lập trình C, họ khó hình dung trình thực hành đằng sau Kết học lý thuyết trở nên tải đa số sinh viên vậy, họ khó vận dụng cho thực hành sau Nói cách khác, học phù hợp để áp dụng phương pháp dạy học tiến hóa Chiếu theo quy trình soạn thảo học phần II, nội dung bước học xác định Bước Xác định mục tiêu chân trời  Lý thuyết: Căn giải thuật lập trình C  Kỹ năng: Viết chạy chương trình đơn giản ngôn ngữ C  Phân loại mục tiêu chân trời: Dạng xác định rõ Bước Xác định yêu cầu  Lý thuyết: Sinh viên (SV) nắm lý thuyết Căn lập trình C: o Khái niệm giải thuật, chương trình; o Cấu trúc chương trình C đơn giản; o Các thành phần chương trình  Kỹ năng: Viết, dịch chạy chương trình C đơn giản  Môi trường o Phòng học lý thuyết kết hợp với thực hành: có projecter, bảng, máy tính có kết nối Internet (cho giảng viên (GV) sinh viên)  Kiến thức, kỹ o SV: có khả sử dụng máy tính bản: kỹ soạn thảo văn bản, sử dụng Internet để download cài đặt phần mềm o GV: am hiểu có kinh nghiệm lập trình C Bước Thiết lập kiến trúc tổng thể  Cấu trúc tiến trình dạy học: Các liều học lý thuyết xen lẫn với thực hành, phần có thời gian khoảng 10-15 phút Các thực hành mang tính kế thừa (dạng kế thừa – tiến hóa qua kết quả)  Phương pháp dạy học liều học: o Lý thuyết: thuyết trình, nêu giải vấn đề, thảo luận ; sử dụng slide trình bày lý thuyết ; o Thực hành: cá nhân thực hành theo hướng dẫn cụ thể GV; khuyến khích trao đổi trợ giúp lẫn SV  Xác định nội dung dạy học cụ thể o Lý thuyết  Khái niệm giải thuật  Khái niệm về chương trình máy tính  Cấu trúc chương trình C  Căn Sử dụng liệu chương trình: hằng, biến, kiểu liệu  Các phép xử lý số học  Vào, liệu o Thực hành: thực hành phần mềm BlockCodes  Cài đặt phần mềm Blockcodes  Tạo Project C  Dịch, chạy chương trình “Hello Word!”  Hiệu chỉnh chạy chương trình “Hello Word!”  Sử dụng hằng, biến với kiểu liệu khác  Sử dụng nhiều file chương trình Project BlockCodes  Sử dụng phép toán học lôgic  Sử dụng câu lệnh vào liệu  Bài tập tổng hợp Bước Xác định liều học (tham khảo sơ đồ kế thừa Hình 1) Stt + Nội dung Hoạt động Thời gian Liều Lý thuyết (10 phút) Khái niệm giải thuật GV thuyết trình Khái niệm chương trình máy tính Cấu trúc chương trình C Thực hành Download cài đặt phần mềm GV trình diễn bước sinh BlockCodes viên thực hành theo (20 phút) Tạo Project C SV thảo luận cấu trúc chương Dịch chạy chương trình trình “Hello World!” (Prg-a01) “Hello World!” (chương trình (Hình 1) tạo sẵn tạo Project C) Hiệu chỉnh, dịch lại chạy SV chỉnh sửa câu “Hello World!” chương trình thành “Chào người!” SV bổ sung thêm câu lệnh “Khởi đầu với lập trình C”; (Prga02) Liều Lý thuyết Lý thuyết Hằng Dẫn nhập (5 phút) GV trình diễn SV làm theo chương trình tính chu vi diện tích hình tròn có bán kính r = 24.534, với PI = 3.14159 (Prg-a03) GV phân tích nhược điểm Prga03 việc phải gõ giá trị PI nhiều lần chương trình để tạo tình có vấn đề GV thuyết trình Hằng Thực Thực hành GV hướng dẫn SV định nghĩa PI sử dụng để hiệu chỉnh chương trình Prg-a03 thành Prg-a04 hành (10 phút) Liều Lý thuyết (10 phút) Lý thuyết biến kiểu liệu GV phân tích nhược điểm Prga04 việc sử dụng số trực tiếp cho bán kính r để tạo tình có vấn đề GV thuyết trình biến kiểu liệu Thực hành (10 phút) Thực hành biến kiểu GV hướng dẫn SV định nghĩa biến r liệu kiểu thực sử dụng biến để hiệu chỉnh chương trình Prg-a04 thành Prg-a05 Liều Thực hành (20 phút) Tạo, dịch chạy nhiều chương GV yêu cầu SV giữ nguyên chương trình project trình cũ tạo chương trình cho phép tính tổng số nguyên x, y hiển thị kết => Tình có vấn đề: SV tạo chương trình dịch/chạy GV demo SV làm theo để tạo, dịch chạy chương trình giữ nguyên chương trình cũ project SV hoàn thiện chạy chương trình tính tổng số nguyên x, y hiển thị kết (Prg-b01) Liều Lý thuyết (10 phút) Phép gán Các toán tử số học GV giới thiệu Phép gán Các toán tử số học C Thực hành Các phép toán số học GV yêu cầu SV tiếp tục phát triển chương trình Prg-b01 để hiển thị hiệu, tích, thương, chia nguyên, chia dư số nguyên x, y (Prg-b02) Vào, liệu GV phân tích nhược điểm Prga05 Prg-b02 việc cố định giá trị tham số r x, y để tạo tình có vấn đề (10 phút) Liều Lý thuyết (15 phút) GV giới thiệu lý thuyết vào liệu Thực hành Vào, liệu (20 phút) GV hướng dẫn SV sử dụng lý thuyết vào, liệu để hiệu chỉnh chương trình Prg-a05 Prg-b02 phép người dùng nhập giá trị, r x, y chạy chương trình Liều Thực hành Các thực hành vận dụng tổng GV hướng dẫn SV làm thực hợp hành tổng hợp (60 phút) Bài Viết chương trình cho phép chuyển đổi số tiền từ Đồng Việt Nam sang Euro Đô la Mỹ Biết: euro = 23236 đồng đô la = 21330 đồng Bài Viết chương trình hóa đổi giá trị ba biến a, b, c nhập vào chạy chương trình (b nhận giá trị a ; c nhận giá trị b ; a nhận giá trị c) Bài Viết chương trình tính tổng số nguyên nhập vào từ bàn phím với yêu cầu: - Dùng biến để lưu giữ giá trị nhập vào ; - Chỉ dùng biến (không lưu giữ giá trị nhập vào) Giáo án đưa vào thử nghiệm giảng dạy trường Đại học Sư phạm, Đại học Huế Qua quan sát đánh giá sơ ban đầu, nhận mặt tích cực phương pháp thể rõ: sinh viên nhanh chóng làm chủ kiến thức ứng dụng vào thực hành; trình học tập dễ kiểm soát chắn đến đích, phát sớm tình sinh viên không theo kịp tiến trình học tập để khắc phục; toàn học trở nên lôi cuốn, có nhiều hứng thú cho sinh viên Tuy nhiên, thử nghiệm ban đầu nên kết luận mang tính định tính cần có thêm nhiều nghiên cứu khác để để có số liệu xác IV Kết luận hướng phát triển Tuy có nhiều điểm tương tự với Phương pháp dạy học chương trình hóa Phương pháp dạy học gia tăng, Phương pháp dạy học tiến hóa phương pháp mới, với đặc điểm riêng Phương pháp tập trung vào việc dễ dàng hóa cho người học trình học kiến thức dài, phức tạp, với nội dung gồm nhiều phần có tính kế thừa Bài báo trình bày quy trình cho việc thiết kế giáo án dạy học theo Phương pháp dạy học tiến hóa thử nghiệm soạn giảng chương trình Lập trình C Do phương pháp ứng dụng nên quy trình đề xuất giáo án mang tính thử nghiệm Tuy vậy, chứng minh mặt lý thuyết khả ứng dụng phương pháp vào việc giảng dạy lập trình nói riêng dạy học học phức tạp nói chung Để tiếp tục phát triển phương pháp, cần tiếp tục tiến hành nghiên cứu lý thuyết thử nghiệm, đánh giá nhiều học số lượng đông người học Rất mong nhận hợp tác nghiên cứu nhà nghiên cứu giáo dục đồng nghiệp xa gần Hình Sơ đồ kế thừa chương trình học TÀI LIỆU THAM KHẢO Phạm Minh Hạc, 2003, Tuyển tập Tâm lý học, NXB Giáo dục Hà Viết Hải, 2013, Phương pháp dạy học tiến hóa, Tạp chí Khoa học, Đại học Huế Vol.68, No.8, 2013 Tom Gilb, 1985, Evolutionary Delivery versus the “waterfall model”, ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, Volume 10 Issue 3, July 1985, NY USA Thái Duy Tuyên, 2008, Phương pháp dạy học truyền thống đổi mới, NXB Giáo dục Arnold Roe, 1962, A comparison of branching methods for programmed learning, The Journal of Educational Research, Vol 55, No 9, 1962 Norbert M Seel, 2012, Encyclopedia Of The Sciences Of Learning, Springer US Michael Knoll, 1997, The Project Method: Its Vocational Education Origin and International Development, Journal of Industrial Education, Volume 34, Number 3, Spring 1997 Hung Woei et al, 2008, Problem-based learning, Handbook of research on educational communications and technology, 2008, 3: 485-506