Hướng dẫn dạy học Tin học 8 Kết nối tri thức, bài 1. Lược sử công cụ tính toán

 A. Mục đích, yêu cầu
1. Kiến thức
- Trình bày được sơ lược lịch sử phát triển máy tính
- Nêu được ví dụ cho thấy sự phát triển máy tính đã đem đến nhũng thay đổi lớn lao cho xã hội loài người.

2. Năng lực
- Phát triển năng lực tự học thông qua việc nghiên cứu sự phát triển của công cụ tính toán.
- Nuôi dưỡng trí tưởng tượng, tiếp thu nhũng ý tưởng sáng tạo qua những phát minh công nghệ.
- Phát triển năng lực tư duy sáng tạo nhằm giải quyết những vấn đề công nghệ (NLC).
- Sử dụng được công cụ tìm kiếm, xử lí vào trao đổi thông tin để tìm hiểu về lịch sử phát triển của các tiến bộ trong công nghệ tính toán (NLD).

3. Phẩm chất
- Rèn luyện đức tính chăm chỉ, sáng tạo không ngừng nhằm nâng cao hiệu suất lao động.
- Củng cố tinh thần yêu nước và trách nhiệm công dần qua mối liên hệ sự phát triển Khoa học - Công nghệ trên thế giới với sự phát triển Tin học của đất nước.

B. CHUẨN BỊ
- GV: Một số hình ảnh hoặc video về sự phát triển của công cụ tính toán qua các thời kì. Câu chuyện về các nhà khoa học - công nghệ, phát minh và ý tưởng của họ. Phiếu học tập theo mẫu sau:


C. GỢI Ý CÁC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC CHÍNH
* Hoạt động khởi động
Mục tiêu của hoạt động này là để HS thấy nhu cầu tính toán của con người đã có từ lâu và họ sử dụng những công cụ tự nhiên để thực hiện việc tính toán đó.
Nhu cầu tính toán ngày càng phức tạp và con người sáng tạo ra nhiều công cụ tính toán khác, còn được dùng cho tới cuối thế kỉ trước như bảng số, thước logarit,...

1. Máy tính cơ khí
Mục này nêu hai mốc cơ bản với hai phát minh chính là pascaline và mô hình máy tính đa năng của Babbage. Có thể bổ sung phát minh sử dụng bìa đục lỗ trong máy dệt làm thiết bị nhớ của Hollerith (xem kiến thúc bổ sung, mục D).

Hoạt động 1. Sự ra đời của máy tính

Lưu ý: Tuỳ theo điểu kiện cụ thể mà đường thời gian có thể bổ sung nhiễu hay ít thông tin. Có thể tham khảo thông tin bổ sung ở mục D của bài học này.

* Kiến thức mới (hoạt động đọc)
Trong những câu chuyện đó, có thể chấp nhận những tình tiết không hoàn toàn chính xác nhưng sự kiện, con người, sản phẩm và nhất là những ý tưởng sáng tạo sẽ đem lại suy nghĩ tích cực và động lực học tập cho HS.
Chú thích trong mô hình máy tính đa năng của Babbage cho thấy sự tương ứng giữa những bộ phận của mô hình này với những thành phẩn của máy tính hiện đại.

* Hộp kiến thức (hoạt động ghi nhớ kiến thức)
Điểm nhấn mạnh của mục này là ý tưởng sáng tạo chuyển lao động trí óc thành lao động cơ bắp, nhờ đó có thể cơ giới hoá khi có máy tạo ra năng lượng như máy hơi nước và sau này là máy phát điện.
Vì vậy, hai phát minh có tính chất đột phá của công nghệ tính toán là máy tính cơ khí của Pascal và mô hình máy tính đa năng của Babbage.

Câu hỏi (hoạt động củng cố kiến thức)
Đáp án: D.
Mô hình máy tính của Babbage mang cả ba đặc điểm.

2. Máy tính điện tử
* Kiến thức mới (hoạt động đọc)
Nội dung của đoạn văn bản bao gồm 6 mục nhỏ nêu đặc điểm của các thế hệ máy tính dựa trên kiến trúc Von Neumann.
- Máy tính điện - cơ và kiến trúc Von Neumann.
- Thế hệ thứ nhất (1945 - 1955).
- Thế hệ thứ hai (1955 - 1965).
- Thế hệ thứ ba (1965 - 1974).
- Thế hệ thứ tư (1974 - 1990).
- Thế hệ thứ năm (1990 - nay).
Trong mục này, đặc điểm chính của các thế hệ máy tính là thành phần điện tử chính. Những đặc điểm khác được sử dụng chỉ nhằm minh hoạ cho nhận định vẽ sự tiến bộ của máy tính qua các thế hệ: thu nhỏ kích thước, tăng cường tốc độ xử lí, nâng cao độ tin cậy, mở rộng khả năng kết nối, giảm mức tiêu thụ năng lượng và phát triển các ứng dụng thân thiện với con người
Tương tự như Mục 1, HS được phân công đọc và kể lại đặc điểm của các thế hệ máy tính điện tử. Mỗi phần mô tả của HS có thể được GV bổ sung những câu chuyện vể cuộc đời, sự nghiệp và sáng tạo của những nhà phát minh hoặc thông tin vẽ sự ra đời của công nghệ điện tử.
Có thể liên hệ mỗi giai đoạn phát triển của máy tính điện tử với lịch sử Việt Nam. Điều này đem lại hai lợi ích:
- Giúp HS tái hiện nhũng bối cảnh khác nhau trong quá khứ, tạo ra bức tranh lịch sử trong mối liên hệ giũa các sự kiện.
- Giúp HS nhận ra những ưu điểm của người Việt Nam trong học tập và sáng tạo, qua đó tự tin trong học tập, củng cố lòng tự tôn dân tộc.
Đoạn mô tả đặc điểm máy tính thế hệ thứ tư có thể được liên hệ với câu hỏi phân biệt máy vi tính với máy tính cá nhân. Có thể động viên nhũng HS đưa ra kết quả gần với đáp án.
- Máy vi tính là máy tính điện tử, trong đó bộ xử lí trung tâm là một mạch tích hợp cỡ lớn, chứa hàng chục triệu linh kiện bán dẫn trở lên, còn được gọi là bộ vi xử lí.
- Máy tính cá nhân là cách gọi máy vi tính được cải tiến theo hướng giâm kích thước và giá thành sản xuất để có thể được sở hữu bởi mỗi cá nhân.

* Hộp kiến thức (hoạt động ghi nhớ kiến thức)
HS nhận thấy rằng sự tiến bộ của máy tính điện tử qua các thế hệ nhờ vào việc thu nhỏ các linh kiện điện tử, tích hợp chúng vào những thiết bị có những đặc điểm sau:
- Kích thước nhỏ.
- Tốc độ xử lí cao.
- Có khả năng kết nối toàn cầu.
- Tiêu thụ ít năng lượng.
- Được trang bị nhiều ứng dụng thân thiện với con người.

Câu hỏi (hoạt động củng cố kiến thức)
Đáp án: D.
Bộ vi xử là linh kiện máy tính dựa trên công nghệ mạch tích hợp cỡ rất lớn (VLSI - Ver Large Scale Integration), gồm hàng chục triệu linh kiện bán dẫn trở lên. Thực chất đó là sự phát triển của công nghệ microchip.

3. Máy tính thay đổi thế giới như thế nào?
Hoạt động 2. Sự thay đổi
Chúng ta đang sống trong một thê giới thay đổi rất nhanh chóng. “Thay đổi” là từ khoá của giai đoạn phát triển kinh tế, xã hội ảnh hưởng sầu sắc bởi sự phát triển của công nghệ, đặc biệt là công nghệ tính toán. HS có thể dễ dàng tìm thấy những ví dụ cho thấy máy tính và nhũng thiết bị kĩ thuật số nói chung đang tạo ra những thay đổi không chỉ ở mức quốc gia mà có thể nhận thấy ngay trong cuộc sống hằng ngày.
 

* Kiến thức mới (hoạt động đọc)
Thông qua một số ví dụ, HS có thể nhận thấy máy tính đã ảnh hưởng đến các mối quan hệ xã hội ở nhiễu mức độ và đó là những thay đổi lớn lao.
- Mạng xã hội giúp tăng nhanh tương tác giũa người với người.
- Xe ô tô tự động làm thay đổi hành vi của cá nhân với xã hội.
- Phương tiện chiến tranh làm thay đổi cục diện chiến trường.
Từ ảnh hưởng mạnh mẽ của máy tính vào đời sống, trong chiểu ngược lại, con người phải tự thay đổi mình để thích nghi với môi trường giàu công nghệ. Sự thay đổi của con người trong mọi loại hình hoạt động cũng chính là sự thay đổi lớn.

 
* Hộp kiến thức (hoạt động ghi nhớ kiến thức)
Qua những ví dụ trên, HS nhận thấy sự phát triển máy tính đã đem đến những thay đổi lớn lao cho xã hội loài người theo một vòng tròn tiến hoá.
* Hoạt động luyện tập
1. So với khi chưa có máy tính, trong điều kiện có các thiết bị công nghệ số hiện nay, hoạt động học tập có những thay đổi sau:
- Nguồn thông tin dồi dào hơn, do nhiều người tham gia vào xây dựng nguồn thông tin đó.
- Nguồn thông tin dễ tiếp cận hơn do thiết bị được cá nhân hoá.
- Nguồn thông tin được chia sẻ rộng rãi nhờ Internet kết nối toàn cầu.
- Nguồn thông tin có chất lượng cao hơn nhờ công nghệ sản xuất media ngày càng thân thiện.
- Môi trường giao tiếp trực tuyến giúp giảm chi phí thời gian và năng lượng.
Tuy nhiên, những thay đổi đó sẽ chỉ phát huy được tính tích cực khi con người có ý thức tự giác và chủ động tiếp cận nguồn tri thúc khổng lồ và được chia sẻ rộng rãi đó.

2. Câu trả lời tuỳ thuộc vào mỗi HS.
* Hoạt động vận dụng
1. Vào thời điểm đất nước ta hoàn toàn thống nhất, kinh tế nước ta còn rất nghèo, xã hội còn lạc hậu, bị các nước lớn xâm lược, chiếc máy tính thế hệ thứ ba đã xuất hiện ở nước ta.
Điểu này cho thấy, mặc dù gặp rất nhiều khó khăn nhưng sự phát triển nhanh chóng của đất nước về mọi mặt để có được ngày nay là thành tựu to lớn. Điều đó đặt lên vai mỗi người công dân trách nhiệm phát huy điều kiện hiện có, phát triển bản thân để góp phần vào sự phát triển của đất nước.

2. Dự báo về ứng dụng của công nghệ tính toán trong tương lai là một câu hỏi mở, phát huy trí tưởng tượng, sáng tạo của HS.
Mặc dù yêu cầu giải thích cơ sở của dự báo đó là yếu tố làm giảm sự hoang đường của những dự báo nhưng HS cần được khuyến khích phát huy trí tưởng tượng nhiều hơn. Vì vậy, mọi dự báo đều nên được trân trọng và phân tích theo hướng tích cực, có thể điều chỉnh để mang tính khả thi.

D. MỘT SỐ LƯU Ý VÀ KIẾN THỨC BỔ SUNG
* Một số lưu ý
Lịch sử là một nội dung khó đạt được sự hấp dẫn trong giảng dạy. Vì vậy, GV cần truyền đạt kiến thức dưới dạng những cầu chuyện.
Dựa trên nhũng tư liệu có thể tìm được trên Internet, GV có thể kể những câu chuyện ngắn về một số nhà phát minh hoặc khuyến khích HS tìm hiểu và kể lại nhũng câu chuyện đó.
Một số chi tiết trong những câu chuyện có thể không thật chính xác nhưng cần nhất quán về thời gian và đảm bảo được tham khảo tư nhũng nguồn đáng tin cậy.
Các hoạt động của HS theo nhóm hay cá nhân đểu được ghi nhận mà cơ sở cho đánh giá thường xuyên.
Trong bài học đẩu tiên, việc kể lại những câu chuyện và nêu những ví dụ là hoạt động tương tác cẩn được khuyến khích và được GV công khai ghi nhận trước lớp.
Phát minh, sáng chế là một quá trình, diễn ra trong một khoảng thời gian. Vì vậy thời điểm được ghi nhận đối với mỗi sự kiện sẽ không hoàn toàn chính xác. Chẳng hạn, việc chế tạo EDVAC được những nguồn khác nhau ghi nhận vào những thời điểm khác nhau như năm 1945, 1946, 1949, 1951,... vì nó được bắt đầu thiết kế vào năm 1945, được xây dựng từ 1946, được giao cho phòng thí nghiệm quần sự Hoa Kỳ vào tháng 8 năm 1949 và bắt đầu hoạt động vào năm 1951.

* Kiến thức bổ sung
a) Có thể bổ sung một số sự kiện quan trọng đối với sự phát triển của máy tính cơ khí như sau:
- 1670: Sau Pascal, nhà Toán học người Đức là Gottfried Leibniz (1646-1716) đã cải tiến những chiếc bánh răng, được gọi là bánh xe Leibniz (Leibniz wheel), ông giải thích cách thực hiện các phép tính số học trên các số nhị phân và thêm phép tính nhân, chia vào máy tính của Pascal để nó thực hiện được cả bốn phép tính số học.
- 1801: Tại Pháp, Joseph Marie Jacquard (1752 - 1834) phát minh ra máy dệt sử dụng các thẻ gỗ đục lỗ để tự động dệt các hoạ tiết trên vải theo thiết kế. Thẻ đục lỗ, sau này được sử dụng làm bộ nhớ máy tính để lưu trữ và tính toán. Những chiếc máy dệt dùng thẻ đục lỗ hiện vẫn được sử dụng ở làng lụa Vạn Phúc, Hà Đông, Hà Nội.
- 1843: Sáng chế của Babbage gắn liền với tên tuổi Ada Lovelace (1815 - 1852), con gái nhà thơ lãng mạn người Anh George Gordon Byron (1788 - 1824). Bà đã công bố thuật toán đầu tiên cho một trong những chiếc máy của ông nên được coi là lập trình viên máy tính đầu tiên trong lịch sử. Tên của bà được đặt cho một ngôn ngữ lập trình, ngôn ngữ ADA.
- 1890: Herman Hollerith thiết kế một hệ thống thẻ đục lỗ để tính toán điểu tra dân số năm 1890, hoàn thành nhiệm vụ chỉ chưa đầy ba năm, so với thời gian điều tra dân số lần trước đó (1880) kéo dài cả chục năm và tiết kiệm cho chính phủ 5 triệu đô la, ông thành lập công ti Computing-Tabulating-Recording (1911), tiền thân của IBM ngày nay.

b) Công nghệ sản xuất linh kiện điện tử đóng vai trò quan trọng trong sự tiến hoá của các thế hệ máy tính. Sau đây là tên tuổi và mốc thời gian của nhũng phát minh đó:
- 1904: Đèn điện tử chân không (vacuum tube) đơn giản nhất là đi-ốt, được phát minh bởi John Ambrose Fleming (1849 - 1945), chỉ chứa một cực âm phát ra điện tử được nung nóng và một cực dương. Các điện tử chỉ có thể di chuyển theo một hướng qua thiết bị - từ cực âm đến cực dương. Việc bổ sung một (hoặc nhiều) lưới điều khiển trong ống cho phép dòng điện giữa cực âm và cực dương được điều khiển bởi điện áp trên lưới.
- 1947: Tại phòng thí nghiệm Bell Labs (Hoa Kì), nhóm chuyên gia gồm John Bardeen (1908 - 1991) và Walter Brattain (1902 - 1987) cùng với người đứng đầu là William Shockley (1910 - 1989) đã phát minh ra transistor đầu tiên (point-contact transistor) với tên gọi sơ khai là “transfer resistance” - thiết bị chuyển đổi trở kháng. Đây là một đột phá trong nỗ lực tìm ra thiết bị mới thay cho ống chân không. Họ được nhận giải Nobel trong lĩnh vực Vật lí vào năm 1956.
- 1958: Jack st. Clair Kilby (1923 - 2005) đã chế tạo thành công mạch dao động gồm 5 linh kiện bán dẫn trên một vật liệu được gọi là “chip” đó là mạch tích hợp (IC - integrated circuit) đầu tiên.
- 1961: Jack Kilby cùng với Robert Norton Noyce (1927 - 1990) sáng chế ra microchip (vi mạch). Phát minh này đã mang lại cho hai ông giải thưởng Nobel Vật lí năm 2000. Noyce là người đặt tên cho Thung lũng Silicon (California - Mỹ).

c) Ngoài sự xuất hiện của máy tính điện tử, giai đoạn trước và sau năm 1940 còn chứng kiến một chuỗi những phát minh đặt nẽn móng cho Khoa học máy tính ngày nay. Điển hình là:
- Nhũng nghiên cứu về thuật toán được công bố vào năm 1936 và mô hình máy tính thực hiện được tất cả những gì tính được bằng thuật toán của Alan Mathison Turing (1912 - 1954), nhà toán học, lôgic học và mật mã học người Anh. Ông được xem là cha đẻ của ngành Khoa học máy tính.
- Mô tả kiến trúc máy tính năm 1945 của John Von Neumann (1903 - 1957), nhà toán học người Mỹ gốc Hungary trong bản dự thảo báo cáo vẽ Máy tính tự động điện tử biến rời rạc (Electronic Discrete Variable Automatic Computer EDVAC).
- Lí thuyết thông tin, nghiên cứu thông tin ở góc độ thống kê và cách đo lượng thông tin bằng đơn vị bit, được trình bày trong bài báo “Lí thuyết Toán học của truyền tin” (A Mathematical Theory of Communication) năm 1948 của Claude shannon (1916 - 2001), nhà toán học, mật mã học, kĩ sư điện tử người Mỹ.
- Sự xuất hiện của Điều khiển học (Cybernetics) vào năm 1948 mà người khởi xướng là Norbert Wiener (1894 - 1964) với cuốn sách “Cybernetics: hay điều khiển và truyền tin ở động vật và máy móc” (Cybernetics: or Control and Communication in the Animal and the Machine) vào năm 1948.​​​​