Phát triển tư duy thuật toán cho học sinh thông qua dạy học các cấu trúc dữ liệu

Mở đầu
1. Lí do chọn đề tài
Tin học, nói rộng hơn là CNTT đợc coi là một lĩnh vực khá mới mẻ nhng
phát triển nhanh và mạnh mẽ, có tầm ứng dụng rất rộng rãi. Do đó bộ môn Tin
học đợc đa vào nhà trờng Phổ thông với mục đích là: làm cho tất cả mọi học
sinh tốt nghiệp trung học đều nắm đợc những yếu tố cơ bản của Tin học với t
cách là thành tố của văn hoá Phổ thông, Góp phần hình thành ở học sinh
những loại hình t duy liên hệ mật thiết với việc sử dụng CNTT nh t duy thuật
giải, t duy điều khiển . Ngoài những kiến thức cơ bản về Tin học, về sử dụng
máy tính điện tử thì chơng trình Tin học phổ thông còn trang bị cho học sinh
những kiến thức, kỹ năng cơ bản về lập trình, biết vận dụng chúng để giải một
số bài tập cơ bản, đồng thời bớc đầu chuẩn bị hành trang cho học sinh có thể đi
tiếp vào lĩnh vực này ở các giai đoạn tiếp theo. Đặc biệt, qua dạy học lập trình
cần rèn luyện cho học sinh một loại hình t duy quan trọng đó là t duy thuật giải.
Hơn nữa, trớc khi giải quyết một bài toán, trớc khi viết chơng tình cho máy tính
cho dù đơn giản nhất thì bất cứ ai dù ở trình độ nào cũng điều phải suy t ít nhiều
về cách giải, về thuật giải. Trong tổng thể kiến thức về Tin học, các thuật giải
hay hẹp hơn nữa là các thuật toán cùng cấu trúc dữ liệu đợc xem là những tri
thức quan trọng hàng đầu và không thể thiếu cho dù bất kỳ ngôn ngữ lập trình
nào muốn đạt đợc mục đích với hiệu quả cao nhất.
Chính vì những lý do trên và với mong muốn tìm ra cho mình một đờng
đi riêng để đến với phơng pháp dạy học môn Tin học, để từ đó tích luỹ và trau
dồi những năng lực và phẩm chất của một ngời giáo viên trong tơng lai, tôi chọn
đề tài: Phát triển t duy thuật giải cho học sinh thông qua dạy học các cấu
trúc điều khiển và các kiểu dữ liệu có cấu trúc Tin học lớp 11 THPT làm đề
tài nghiên cứu khoa học của mình.
1
2. Mục đích nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của khoá luận là nghiên cứu cơ sở lý luận và thực
tiễn, đề ra một số định hớng s phạm nhằm phát triển t duy thuật giải cho học
sinh trong quá trình dạy học các cấu trúc điều khiển và các kiểu dữ liệu có cấu

trúc góp phần nâng cao chất lợng dạy học Tin học ở trờng phổ thông.
3. Giả thuyết khoa học
Nếu đổi mới phơng pháp dạy học theo định hớng phát triển t duy thuật
giải thì sẽ kích thích hứng thú học tập, tích cực hóa hoạt động nhận thức của
học sinh do đó nâng cao chất chất lợng dạy học Tin học lớp 11 THPT.
4. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt đợc mục đích đã nêu trên, khoá luận có nhiệm vụ:
- Nghiên cứu cơ sở khoa học của việc phát triển t duy thuật giải cho học
sinh trong dạy học Tin học 11 THPT.
- Xây dựng quy trình dạy học theo hớng phát triển t duy thuật giải cho
học sinh thông qua dạy học các cấu trúc điều khiển và các kiểu dữ liệu có cấu
trúc.
5. Đối tợng nghiên cứu
- Nội dung, phơng pháp dạy học lập trình trong chơng trình Tin học phổ
thông.
- Sách giáo khoa và sách giáo viên Tin học 11.
- Hoạt động dạy và học các cấu trúc điều khiển và các kiểu dữ liệu có cấu
trúc ở trờng THPT.
6. Phơng pháp nghiên cứu
6.1 Nghiên cứu lý thuyết
* Nghiên cứu các văn kiện của Đảng và Nhà nớc, của Bộ giáo dục và
Đào tạo có liên quan đến việc dạy và học Tin học ở trờng THPT.
* Các sách báo, tạp chí có liên quan đến nội dung đề tài.
* Các tài liệu, bài giảng về phơng pháp dạy học Tin học, phơng pháp
dạy học môn Toán, các tài liệu giáo dục học, tâm lý học
2
* Nghiên cứu vị trí, khối lợng kiến thức về lập trình trong chơng trình
Tin học phổ thông.
* Nghiên cứu các tài liệu về ngôn ngữ lập trình Pascal.
6.2 Nghiên cứu thực tiễn

* Dự giờ, quan sát gìơ dạy của giáo viên và hoạt động học tập của học
sinh trong quá trình dạy học nói chung và dạy học các cấu trúc điều khiển và
các kiểu dữ liệu có cấu trúc nói riêng.
* Tìm hiểu qua giáo viên để nắm đợc tình hình giảng dạy và học tập
Tin học trong nhà trờng Phổ thông hiện nay.
* Tiến hành thực nghiệm s phạm để kiểm chứng thông qua các lớp thực
nghiệm và đối chứng trên cùng một lớp đối tợng.
7. Cấu trúc của khoá luận
Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, khoá luận gồm ba ch-
ơng:
Chơng I: Cơ sở lý luận của việc phát triển t duy thuật giải cho học sinh thông
qua dạy học các cấu trúc điều khiển và các kiểu dữ liệu có cấu trúc.
Chơng II: Một số định hớng s phạm góp phần phát triển t duy thuật giải cho
học sinh thông qua dạy học các các cấu trúc điều khiển và các kiểu dữ liệu có
cấu trúc.
Chơng III: Thực nghiệm s phạm.
3
Chơng I
Cơ sở lý luận của việc phát triển t duy thuật giải cho
học sinh thông qua dạy học các cấu trúc điều khiển và
các kiểu dữ liệu có cấu trúc.
1.1 Cơ sở lý luận
1.1.1 Quan điểm hoạt động trong phơng pháp dạy học.
Chúng ta biết rằng quá trình dạy học là một quá trình điều khiển hoạt
động của học sinh nhằm đạt đợc những mục đích dạy học. Còn học tập là một
quá trình xử lý thông tin. Quá trình này có chức năng: đa thông tin vào, ghi nhớ
thông tin, biến đổi thông tin, đa thông tin ra và điều phối. Học sinh thực hiện
các chức năng này bằng những hoạt động của mình. Thông qua hoạt động thúc
đẩy sự phát triển về trí tuệ ở học sinh làm cho học sinh học tập một cách tự
giác, tích cực.

Xuất phát từ một nội dung dạy học ta cần phát hiện những hoạt động
liên hệ với nó rồi căn cứ vào mục đích dạy học mà lựa chọn để tập luyện cho
học sinh một trong số những hoạt động thành phần giúp chúng ta tổ chức cho
học sinh tiến hành những hoạt động với độ phức tạp vừa sức họ.
1.1.2 T duy và đặc điểm của t duy
1. T duy
Theo tâm lý học : T duy là một quá trình tâm lý phản ánh những thuộc tính
bản chất, những mối liên hệ và quan hệ bên trong có tính quy luật của sự vật
hiện tợng trong hiện thực khách quan mà trớc đó ta đã biết.
T duy là giai đoạn cao nhất của nhận thức, đi sâu vào bản chất và phát hiện
ra tính quy luật của sự vật hiện tợng bằng những hình thức nh biểu tợng, khái
niệm, phán đoán và suy nghĩ.
2. Đặc điểm của t duy
Với t cách là một mức độ mới thuộc nhận thức lý tính, khác xa về chất so
với nhận thức cảm tính, t duy do con ngời là chủ thể có những đặc điểm cơ bản
sau đây:
4
* Tính có vấn đề.
* Tính gián tiếp.
* Tính trừu tợng và khái quát.
* T duy của con ngời có sự liên hệ chặt chẽ với ngôn ngữ.
* T duy có quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính.
1.2 Khái niệm thuật toán
1.2.1 Khái niệm
Việc chỉ ra tờng minh một cách tìm Output của bài toán đợc gọi là một
thuật toán (algorithm) giải bài toán đó. Thuật ngữ thuật toán đợc xuất phát từ
nhà toán học Arập Abu Jafar Mohammed ibn Musa al Khowarizmi (khoảng
năm 825). Có nhiều định nghĩa khác nhau về thuật toán. ở đây xin đa ra khái
niệm về thuật toán nh sau:
Thuật toán để giải một bài toán là một dãy hữu hạn các thao tác đợc

sắp xếp theo một trình tự xác định sao cho sau khi thực hiện dãy thao tác ấy,
từ các thông tin đã có của bài toán, ta nhận đợc các thông tin cần tìm.
Từ định nghĩa ta thấy thuật toán có các tính chất sau:
* Tính dừng: Thuật toán phải kết thúc sau một số hữu hạn lần thực hiện
tác thao tác.
* Tính xác định: Sau khi thực hiện các thao tác thì hoặc là thuật toán kết
thúc hoặc là có đúng một thao tác các định để đợc thực hiện tiếp theo.
* Tính đúng đắn: Sau khi thuật toán kết thúc ta phải nhận đợc Output cần
tìm.
1.2.2 Các đặc trng của thuật toán
1. Tính đơn trị
2. Tính hiệu quả
3. Tính tổng quát
1.2.3 Các phơng pháp biểu diễn thuật toán.
Thuật toán là một phơng pháp thể hiện lời giải một bài toán nên cũng
phải tuân theo một số quy tắc nhất định. Để có thể truyền đạt thuật toán cho ng-
5
ời khác hay chuyển thuật toán thành chơng trình máy tính, ta phải có phơng
pháp biểu diễn thuật toán. Có 4 phơng pháp biểu diễn thuật toán:
1. Ngôn ngữ tự nhiên và ngôn ngữ toán học.
2. Dùng lu đồ sơ đồ khối.
3. Dùng ngôn ngữ phỏng trình.
4. Dùng ngôn ngữ lập trình.
1.3 Khái niệm thuật giải
Trong quá trình nghiên cứu giải quyết các vấn đề bài toán, ngời ta đã đa
ra nhận xét sau:
+ Có nhiều bài toán cho đến nay vẫn cha tìm ra một cách giải theo kiểu
thuật toán và cũng không biết có tồn tại thuật toán hay không.
+ Có nhiều bài toán đã có thuật toán để giải nhng không chấp nhận đợc
vì thời gian giải theo thuật toán đó quá lớn hoặc các điều kiện cho thuật toán đó

khó đáp ứng.
+ Có những bài toán đợc giải theo cách giải vi phạm thuật toán nhng
vẫn chấp nhận đợc.
Nh vậy, không phải cách giải nào, thuật toán nào cũng đều đạt đợc các tiêu
chí nêu trên. Do vậy, các cách giải chấp nhận đợc nhng không hoàn toàn đáp
ứng đầy đủ các tiêu chuẩn của thuật toán đợc gọi là các thuật giải. Khái niệm
mở rộng này của thuật toán đã mở rộng cho chúng ta trong việc tìm kiếm phơng
pháp để giải quyết các bài toán đợc đặt ra. Ngoài việc mở rộng tính đúng của
thuật toán, thuật giải có tất cả các tính chất nh thuật toán. Nó cũng có các hình
thức biểu diễn phong phú nh thuật toán.
1.4 Khái niệm t duy thuật giải
T duy thuật giải là hình thức biểu lộ của t duy biện chứng trong quá
trình con ngời nhận thức khoa học Tin học hay thông qua hình thức áp dụng tin
học vào các khoa học khác. Nh vậy, t duy thuật giải là t duy biện chứng, là cách
suy nghĩ để giải quyết một bài toán, một công việc nào đó theo một trình tự
nhất định. Nó là phơng thức t duy biểu thị khả năng tiến hành các hoạt động
sau:
6
T
1
: Thực hiện những thao tác theo một trình tự xác định phù hợp với
một thuật giải.
T
2
: Phân tích một quá trình thành những thao tác đợc thực hiện theo
trình tự xác định.
T
3
: Khái quát hoá một quá trình diễn ra trên một số đối tợng riêng lẻ
thành một quá trình diễn ra trên một lớp đối tợng.

T
4
: Mô tả chính xác quá trình tiến hành một hoạt động.
T
5
: So sánh những thuật giải khác nhau cùng giải quyết một bài toán và
tìm ra thuật giải tốt hơn về một yêu cầu nào đó.
Trong đó, T
1
thể hiện năng lực thực hiện thuật giải, (T
2
T
5
) thể hiện
năng lực xây dựng thuật giải.
1.5 Vấn đề phát triển t duy thuật giải cho học sinh trong dạy học Tin học
1.5.1 Vai trò của việc phát triển t duy thuật giải trong dạy học Tin học
ở trờng phổ thông.
Phát triển t duy thuật giải không chỉ là một điều kiện cần thiết góp
phần hình thành và phát triển văn hoá thuật giải cho học sinh mà còn là mục
đích quan trọng của việc dạy học tin học ở trờng phổ thông:
* T duy thuật giải tạo điều kiện tốt cho học sinh tiếp thu kiến thức, rèn
luyện các kỹ năng tin học và các môn học khác.
* T duy thuật giải giúp học sinh làm quen với cách làm việc trong khi
giải bài toán bằng máy tính điện tử.
* T duy thuật giải phát triển sẽ thúc đẩy sự phát triển các thao tác trí tuệ
(nh: phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tợng hoá, khái quát hoá ) cũng nh
những phẩm chất trí tuệ (nh: tính linh hoạt, tính độc lập, tính sáng tạo và nhất là
những phẩm chất cần thiết của ngời lập trình nh: tác phong làm việc theo nhóm,
tính kỷ luật cao, ).

* T duy thuật giải giúp học sinh hình dung đợc quá trình tự động hoá
diễn ra trong những lĩnh vực khác nhau của con ngời, trong đó có lĩnh vực xử lý
thông tin. điều này làm cho học sinh thích nghi với xã hội tự động hoá, góp
phần làm giảm ngăn cách giữa nhà trờng và xã hội.
7