Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dạy học phần quang hình học vật lí 11 Trung Học Phổ Thông theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

Để khắc phụcnhững hạn chế trên, với tiêu chí giúp giáo viên có thể tự mình biên soạn hệ thốngbài tập một cách sáng tạo, đưa ra những bài toán mới có thể nảy sinh, đồng thời họcsinh có đư

MỤC LỤC

Trang phụ bìa……… i

Lời cam đoan……… ii

Lời cảm ơn……….iii

Danh mục viết tắt………v

Mục lục……… 1

MỞ ĐẦU 4

NỘI DUNG 10

CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG BÀI TẬP VẬT LÍ THEO PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO TRIZ 10

1.1 Phương pháp luận sáng tạo TRIZ 10

1.1.1 Khái niệm sáng tạo 10

1.1.2 Khái niệm tư duy 11

1.1.3 Khái niệm tư duy sáng tạo 12

1.1.4 Phương pháp luận sáng tạo TRIZ 14

1.2 Bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ 19

1.2.1 Vai trò của bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ 19

1.2.2 Sự khác nhau giữa bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ và các dạng bài tập khác 20

1.3 Dạy học theo phương pháp luận sáng tạo 21

1.3.1 Dạy học sáng tạo là gì? 22

1.3.2 Các biện pháp thực hiện dạy học sáng tạo môn vật lí ở trường phổ thông27 1.4 Thực trạng sử dụng bài tập sáng tạo ở trường phổ thông 29

1.4.1 Thực trạng sử dụng bài tập sáng tạo môn vật lí 11 trung học phổ thông 29

1.4.2 Thực trạng việc biên soạn bài tập sáng tạo trong sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo phần quang hình học chương trình vật lí phổ thông 30

1.4.3 Một số nguyên nhân tác động đến việc sử dụng bài tập sáng tạo ở trường phổ thông 31

KẾT LUẬN CHƯƠNG I 33

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÍ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THEO PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO TRIZ 34

2.1 Nội dung kiến thức phần quang hình học vật lí 11 trung học phổ thông 34

2.1.1 Sơ đồ lôgic nội dung phần quang hình học vật lí 11 trung học phổ thông34 2.1.2 Tầm quan trọng của phần quang hình học trong chương trình vật lí phổ thông 35

2.2 Xây dựng bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ 35

2.2.1 Các bước xây dựng bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ 35 2.2.2 Các vấn đề cần lưu ý khi xây dựng bài tập vật lí phần quang hình họchvật lí lớp 11 THPT theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ 36

2.2.3 Xây dựng hệ thống bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ phần quang hình học lớp 11 trung học phổ thông 37

KẾT LUẬN CHƯƠNG II 63

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 64

3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 64

3.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 64

3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 64

3.2 Đối tượng và nội dung thực nghiệm sư phạm 64

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 64

3.2.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 65

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 65

3.3.1 Chọn mẫu 65

3.3.2 Quan sát giờ học 65

3.3.3 Kết quả điều tra giáo viên 66

3.4 Kết quả thực nghiệm sư phạm 73

3.4.1 Nhận xét về tiến trình dạy học 73

3.4.2 Đánh giá kết quả học tập của học sinh 74

3.4.3 Kiểm định giả thiết thống kê 77

KẾT LUẬN CHƯƠNG III 78

KẾT LUẬN 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1.Lí do chọn đề tài

Sự phát triển mạnh mẽ của thế giới cả về kinh tế, văn hóa, công nghệ thôngtin, và đặc biệt là sự phát triển của ngành giáo dục đòi hỏi nước ta cần có nhữngthay đổi cho phù hợp với tình hình thế giới hiện nay Để hội nhập với các nướctrong khu vực và thế giới, Đảng ta cho rằng muốn đưa nền kinh tế đất nước pháttriển là ra sức đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài Nhưng muốn làm được nhữngđiều này thì trước hết phải đầu tư cho giáo dục Vì vậy mà Đảng ta đã xác định:

“giáo dục là quốc sách hàng đầu” và đồng thời giao cho ngành nhiệm vụ ngày càng

quan trọng

Nghị quyết đại hội Đảng Toàn Quốc lần thứ VIII đã đặt ra nhiệm vụ cho giáo

dục là: “cải tiến chất lượng dạy học, khắc phục những yếu kém trong ngành giáo dục để hoàn thành nhiệm vụ đào tạo nguồn lực cho công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước” Trước yêu cầu đó, những năm gần đây ngành giáo dục đã chủ trương

thực hiện đổi mới mục tiêu, nội dung, phương pháp và hình thức tổ chức dạy họcnhằm đáp ứng những nhu cầu của xã hội cũng như nhu cầu phát triển của đất nước.Đối với các ngành khoa học khác nói chung và ngành vật lí học nói riêng, cácthầy, cô giáo ở các trường Đại học cũng như các trường phổ thông đã và đang tiếptục nghiên cứu, áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại, tiên tiến kết hợp vớiphương pháp dạy học truyền thống nhằm nâng cao chất lượng dạy học Nhưng thực

tế cho thấy, việc sử dụng các phương pháp dạy học hiện đại ở trường phổ thông còn

có nhiều hạn chế Theo nhận định của Bộ trưởng Bộ Giáo dục - Đào tạo NguyễnThiện Nhân tại hội thảo quốc tế diễn ra vào ngày 14-8-2007, tại thành phố Hồ Chí

Minh: “Chất lượng đào tạo còn thấp, đào tạo nghề nghiệp các trình độ còn chưa sát với thực tế, chưa đáp ứng đầy đủ nhu cầu xã hội, các ngành nghề tiên tiến, khoa học công nghệ còn thiếu hụt lớn, thừa thầy thiếu thợ ”.

Đặc biệt trong những năm gần đây, học sinh phổ thông nắm kiến thức vật líkhông sâu sắc, do học lí thuyết nhiều hơn thực hành cộng với hình thức thi trắcnghiệm khách quan làm cho học sinh không có điều kiện rèn luyện tư duy sáng tạo

của mình, tất cả học sinh đều cảm thấy khó khăn trong việc giải bài tập, mà “bài tập

là một yếu tố rất quan trọng trong quá trình dạy học Có thể nói quá trình học tập

là một quá trình giải một hệ thống bài tập đa dạng Một bài giảng, một giờ lên lớp

có hiệu quả, có nâng cao tính tích cực, sáng tạo của học sinh hay không đều phụ thuộc rất lớn vào bài tập”.[24]

Những nhận xét trên đây đã nói lên rằng, việc tổ chức cho học sinh tự giải cácbài tập vật lí ở trường phổ thông chưa cao Vấn đề nghiên cứu bài tập vật lí để giảngdạy ở các trường phổ thông không phải là mới, đã có rất nhiều người nghiên cứutheo các hướng khác nhau, nhưng việc giảng dạy bài tập vật lí ở trường phổ thôngchưa thực sự hiệu quả, giáo viên chủ yếu sử dụng bài tập từ sách giáo khoa và sáchtham khảo chứ không tự sáng tạo ra bài tập để dạy học, vì thế mà học sinh cảm thấynhàm chán Mặt khác, các bài tập giáo khoa thường rất khác xa với những bài toán

mà học sinh sẽ gặp trong cuộc sống Nếu học sinh không hiểu sâu sắc vật lí học vànhất là không quen với việc giải bài tập vật lí một cách thông minh sáng tạo thì họcsinh khó lòng giải quyết tốt những bài toán thực của cuộc sống Để khắc phụcnhững hạn chế trên, với tiêu chí giúp giáo viên có thể tự mình biên soạn hệ thốngbài tập một cách sáng tạo, đưa ra những bài toán mới có thể nảy sinh, đồng thời họcsinh có được phương pháp giải quyết các vấn đề xảy ra khi giải các bài tập, có cáchnhìn tổng quát hơn, chương trình hóa những bước giải bài toán thật tối ưu, tiết kiệmthời gian, chủ động xử lí các tình huống xảy ra một trong những phương pháp cóthể đáp ứng những tiêu chí trên đó là phương pháp luận sáng tạo TRIZ

Quang học là ngành học về các hiện tượng liên quan tới ánh sáng, các định luậtquang học và các dụng cụ quang học được sử dụng nhiều trong đời sống Vì vậyviệc nghiên cứu xây dựng hệ thống bài tập theo phương pháp luận sáng tạo TRIZtrong dạy học vật lí nhằm giúp học sinh nắm vững kiến thức, đặc biệt giúp học sinhphát triển tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề, đồng thời học sinh có khảnăng áp dụng tốt vào thực tiễn

Xây dựng bài tập theo phương pháp luận sáng tạo trong dạy học vật lí ở trườngTHPT sẽ nâng cao chất lượng giáo dục là một vấn đề cấp thiết hàng đầu cần đượcnhà nước ta quan tâm

Với những lí do trên, tôi chọn đề tài:“Xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập dạy học phần quang hình học vật lí 11 Trung Học Phổ Thông theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ”.

2 Lịch sử vấn đề nghiên cứu

Lí thuyết giải các bài toán sáng chế (tên tiếng anh là Theory of Inventive Problem Solving hay tên viết tắt quốc tế là TRIZ) đang được nhiều tập đoàn sử

dụng và gặt hái thành công đặc biệt

Tác giả của TRIZ là Genrich Saulovich Altshuller (1926 – 1998) Ông đã

nghiên cứu và bắt đầu xây dựng lí thuyết giải các bài toán sáng chế từ năm 1946.Năm 1986 ông cộng tác với Hiệp hội toàn liên bang của các nhà sáng chế và hợp líhoá thành lập phòng thí nghiệm nghiên cứu và áp dụng các phương pháp sáng chế

và học viện công cộng về sáng tạo sáng chế năm 1971

Người Mỹ du nhập TRIZ từ năm 1991 Họ nhận thấy cơ hội tăng vị thế cạnhtranh của Mỹ trên nền kinh tế toàn cầu dựa trên tri thức đang xuất hiện bằng việcứng dụng công nghệ sáng tạo mang tính cách mạng TRIZ vào nước Mỹ Hiện naykhá nhiều các công ty, tổ chức danh tiếng sử dụng TRIZ để giải quyết các vấn đềcủa mình như: 3M, General Motors, Samsung, Intel, Kodak, Motorola TRIZ cònđược đưa vào giảng dạy, đào tạo tại nhiều trường đại học danh tiếng của Mỹ; một sốnước châu Âu, và gần đây một số quốc gia ở châu Á, như Nhật, Singapore, Hànquốc, Trung Quốc cũng nhập cuộc Ở Việt Nam, Bộ Khoa học Công nghệ và Môitrường đã chấp nhận đưa môn TRIZ vào bồi dưỡng cho kỹ sư, chuyên viên nângcao ngạch bậc Hai nhà khoa học đứng đầu là Dương Xuân Bảo và Phan Dũng

Hệ thống bài tập vật lí đã được nhiều tác giả quan tâm đến, từ việc đề cập đếnvai trò của nó trong dạy học Vật lí cho đến việc đề ra một số phương pháp giải một

số dạng bài tập điển hình như: Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, PhạmXuân Quế, Phạm Hữu Tòng, Thái Duy Tuyên,…Tuy nhiên, các tác giả này chỉ đềcập đến phần lí luận mà chưa đi sâu và việc xây dựng bài tập trong dạy học Vật lí.Các tác giả như Lê Văn Thông, Vũ Thanh Khiết, Vũ Đình Túy, Nguyễn ThanhHải, Hồ Hùng Linh, đã biên soạn nhiều loại sách tham khảo về bài tập vật lí cấp

III thuộc phần điện học, cơ học, quang học, nhiệt học, vật lí học hiện đại, Bản thân

tôi đã tìm hiểu, mặc dù bài tập vật lí phổ thông rất phong phú, đa dạng nhưng cũngchỉ dừng lại ở việc xây dựng hệ thống bài tập theo các phương pháp truyền thống

mà ta đã biết Đã có tác giả đề cập đến bài tập sáng tạo như Phạm Thị Phú –

Nguyễn Đình Thước “Bài tập sáng tạo về vật lí ở trường trung học phổ thông”

nhưng chưa phổ biến chỉ xuất hiện dưới dạng các bài báo đăng trên tạp chí giáo dục.Chính vì thế mà tình trạng học sinh phổ thông nắm kiến thức không sâu Vì vậytăng cường biên soạn hệ thống bài tập vật lí theo phương pháp mới là nhiệm vụ cấpthiết hiện nay.

Việc xây dựng hệ thống bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ làvấn đề còn mới mẻ Một số người đã nghiên cứu về bài tập sáng tạo bằng cách phốihợp nhiều phương pháp như các luận văn thạc sĩ: Hoàng Thị Thanh Vân “Xây dựng

và sử dụng bài tập sáng tạo trong dạy học phần dao động và sóng cơ học ở trườngtrung học phổ thông – năm 2007”, Nguyễn Thị Xuân Bằng “Xây dựng hệ thống bàitập sáng tạo dùng cho dạy học phần cơ học vật lí 10 chương trình nâng cao – năm2008”, Phạm Thị Thùy Bích “Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo dạy học phần

“dòng điện không đổi” vật lí 11 THPT chương trình nâng cao – năm 2008” (ĐHVinh) Nhưng chưa có một tác giả nào xậy dựng bài tập vật lí phần quang hình họctheo phương pháp luận sáng tạo TRIZ, vì tài liệu viết về phương pháp luận sáng tạoTRIZ chưa phổ biến, chưa có tính phổ thông, chủ yếu phân bố ở hai thành phố HồChí Minh và Hà Nội

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Xây dựng được hệ thống bài tập vật lí 11 phần quang hình học THPT theo

phương pháp luận sáng tạo TRIZ

- Thiết kế được một số bài giảng có sử dụng hệ thống bài tập vật lí theo phươngpháp luận sáng tạo TRIZ

4 Giả thiết khoa học

Nếu xây dựng hệ thống bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo và sửdụng nó để giảng dạy sẽ góp phần đổi mới phương pháp dạy học, đồng thời nângcao chất lượng giảng dạy vật lí ở trường phổ thông theo hướng phát triển năng lực

tư duy sáng tạo

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lí thuyết TRIZ

- Điều tra, khảo sát tình hình sử dụng bài tập sáng tạo về vật lí ở trường THPTtrong địa bàn nghiên cứu

- Xây dựng hệ thống bài tập vật lí 11 phần quang hình học THPT theo phươngpháp luận sáng tạo TRIZ.

- Sử dụng hệ thống bài tập vật lí phần quang hình học lớp 11 theo phương phápluận sáng tạo TRIZ để thiết kế một số bài giảng

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường phổ thông để đánh giá hiệu quả của

đề tài

6 Đối tượng nghiên cứu

- Quá trình dạy – học vật lí ở trường THPT

- Hoạt động dạy học phần quang hình học lớp 11 THPT với việc sử dụng bài tậptheo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

8 Phương pháp nghiên cứu

8.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

- Nghiên cứu các văn kiện, nghị quyết của Đảng, các chỉ thị của Bộ GD- ĐT, xuhướng phát triển của thế giới

- Nghiên cứu lịch sử ra đời, phát triển và cơ sở lí luận của phương pháp luậnsáng tạo TRIZ

- Nghiên cứu cơ sở lí luận của bài tập vật lí chương trình THPT

- Nghiên cứu các tài liệu tham khảo, các sách bài tập vật lí 11 THPT, các luận

án, luận văn có liên quan đến đề tài

8.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra tình hình sử dụng các bài tập vật lí nói chung và bài tập sáng tạo trongdạy học ở một số trường phổ thông thuộc địa bàn nghiên cứu

- Tiến hành dự giờ ở một số lớp của khối 11 THPT thuộc địa bàn nghiên cứu

- Tiến hành xây dựng hệ thống bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạoTRIZ

8.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

- Tổ chức hoạt động dạy học một số tiết bài tập có sử dụng hệ thống bài tập vật

lí được xây dựng theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

- Tiến hành chọn mẫu điều tra để đánh giá hiệu quả của tiết dạy

- So sánh với lớp đối chứng từ đó rút ra nhận xét tính khả thi của đề tài

8.4 Phương pháp thống kê toán học

- Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lí số liệu nhằm kiểm định giảthiết khoa hoc

9 Đóng góp của luận văn

- Đưa ra được sự khác nhau cơ bản giữa bài tập vật lí được xây dựng theophương pháp luận sáng tạo và các loại bài tập khác

- Xây dựng được hệ thống bài tập vật lí phần quang hình học vật lí 11 THPTtheo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

10 Cấu trúc luận văn

NỘI DUNG CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG BÀI TẬP VẬT LÍ THEO PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO TRIZ

1.1 Phương pháp luận sáng tạo TRIZ

1.1.1 Khái niệm sáng tạo

Những năm gần đây, đặc biệt là từ khi thế giới bắt đầu chuyển mạnh sang nềnkinh tế tri thức và xã hội tri thức, nền giáo dục đòi hỏi phải trang bị cho học sinhnăng lực tư duy sáng tạo như là một phẩm chất quan trọng của con người hiện đại

Ở nước ta, nhiều nhà giáo dục cũng đã đề nghị phải xem việc trang bị năng lực tưduy sáng tạo là một nội dung quan trọng của giáo dục trong thời kỳ công nghiệp hoá

và hiện đại hoá đất nước Nhưng sáng tạo là gì, tư duy sáng tạo là gì, dạy cho họcsinh về tư duy sáng tác là dạy những nội dung gì, và quan trọng hơn nữa là dạy như

thế nào để thật sự bồi dưỡng và nâng cao được năng lực tư duy sáng tạo của học

áp dụng” có xuất xứ từ luận điểm triết học “chân lý là cụ thể”: một kết luận (theonghĩa rộng) là đúng (chân lý) chỉ trong không gian, thời gian, hoàn cảnh, điềukiện… cụ thể (phạm vi áp dụng) Ở ngoài phạm vi áp dụng, kết luận đó không cònđúng nữa Tương tự với chân lý, tính lợi ích cũng có phạm vi áp dụng: nếu hoạtđộng của đối tượng vượt ra ngoài phạm vi áp dụng, lợi có thể biến thành hại

Để đánh giá một đối tượng cho trước có phải là sáng tạo hay không, có thể sửdụng thuật toán gồm năm bước sau:

1 Chọn đối tượng tiền thân

2 So sánh đối tượng cho trước với đối tượng tiền thân

3 Tìm “tính mới” của đối tượng cho trước

4 Trả lời câu hỏi “tính mới đó có đem lại lợi ích gì? Trong phạm vi áp dụngnào?”

5 Kết luận theo định nghĩa sáng tạo

1.1.2 Khái niệm tư duy

Tư duy là một vấn đề thu hút sự quan tâm nghiên cứu của nhiều ngành khoa học

và nhiều nhà khoa học Triết học nghiên cứu tư duy dưới góc độ lí luận nhận thức.Lôgíc học nghiên cứu tư duy ở các quy tắc tư duy đúng Xã hội học nghiên cứu tưduy ở sự phát triển của quá trình nhận thức trong các chế độ xã hội khác nhau Sinh

lí học nghiên cứu cơ chế hoạt động thần kinh cao cấp với tư cách là nền tảng vậtchất của các quá trình tư duy ở con người Tâm lí học nghiên cứu diễn biến của quátrình tư duy, mối quan hệ qua lại cụ thể của tư duy với các khía cạnh khác của nhậnthức Tư duy con người có sự khác biệt căn bản với các dạng tư duy khác ở chỗ: Tưduy của con người mang bản chất xã hội - lịch sử, có tính sáng tạo, có khả năngkhái quát và sử dụng ngôn ngữ làm phương tiện Tư duy con người được quy địnhbởi các nguyên nhân, các yêu cầu của quá trình phát triển lịch sử - xã hội, chứkhông dừng lại ở mức độ tư duy bằng các thao tác chân tay hay bằng một chươngtrình đã được lập sẵn Một cách khái quát, các nhà tâm lí học Mác - xít, trên cơ sởcủa chủ nghĩa duy vật biện chứng, đã khẳng định: Tư duy là sản phẩm cao cấp củamột dạng vật chất hữu cơ có tổ chức cao, đó là bộ não của con người Trong quátrình phản ánh hiện thực khách quan bằng những khái niệm, phán đoán bao giờ tưduy cũng có mối liên hệ nhất định với một hình thức hoạt động của vật chất - hoạtđộng của não người

X.L.Rubinstêin cho rằng: Tư duy là sự “Thâm nhập vào những tầng mới của bảnthể, là giành lấy và đưa ra ánh sáng những cái cho đến nay vẫn giấu kín trong cõisâu bí ẩn: Đặt ra và giải quyết vấn đề của thực tại và cuộc sống, tìm tòi và giải đápcâu hỏi thực ra nó là như thế nào, câu trả lời đó là cần thiết để biết nên sống thế nào,cho đúng và cần làm gì?” [20]

Như vậy, tư duy trước hết là sự phản ánh thế giới của con người ở trình độ caobằng con đường khái quát hoá, nhằm mục đích giải thích được bản chất, quy luậtcủa đối tượng

Mục tiêu của tư duy là tìm ra các triết lý, các lí luận, phương pháp luận, giảipháp trong các tình huống hoạt động của con người.

Hoạt động của tư duy đồng nghĩa với hoạt động trí tuệ, đó là các quá trình phântích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa Phân tích là sự phân chia cáitoàn bộ (các sự vật, hiện tượng vật lí) thành các yếu tố riêng rẽ (các bộ phận, cáctính chất, các mối liên hệ) nhằm nhận thức bản chất của các yếu tố riêng rẽ Tổnghợp là quá trình kết hợp bằng tưởng tượng hay sự thật các yếu tố riêng rẽ nào đóthành cái toàn bộ So sánh là thao thác nhằm phát hiện sự giống nhau và khác nhaugiữa các đối tượng, sự biến đổi của chúng theo thời gian và không gian, ảnh hưởngcủa môi trường, điều kiện cần cho quá trình phát triển của các sự vật hiện tượng.Trừu tượng hóa là hoạt động nhằm lựa chọn và rút ra được những các chung và bảnchất của một số đối tượng Khái quát hóa nhằm gom những đối tượng có cùng thuộctính chung và bản chất của một nhóm Trừu tượng hóa và khái quát hóa luôn cóquan hệ chặt chẽ với nhau khi tiến hành phân loại đối tượng Việc hình thành nănglực khái quát hóa – trừu tượng hóa liên quan mật thiết tới việc bồi dưỡng tài năng

1.1.3 Khái niệm tư duy sáng tạo

Theo X L Rubinstêin thì tư duy thường bắt đầu từ một vấn đề hay một câu hỏi,

từ sự ngạc nhiên, thắc mắc hay từ một mâu thuẫn nào đó lôi cuốn cá nhân vào hoạtđộng tư duy Những vấn đề đó được ông gọi là tình huống có vấn đề Để một vấn đềtrở thành tình huống có vấn đề của tư duy, đòi hỏi chủ thể phải có nhu cầu, mongmuốn giải quyết vấn đề đó Mặt khác, chủ thể cũng phải có tri thức cần thiết có liênquan thì việc giải quyết vấn đề mới có thể diễn ra, quá trình tư duy mới được diễnra

Vấn đề (bài toán) là tình huống mà ở đó người giải quyết đã biết mục đích cần

đạt đến nhưng lại rơi vào một trong hai trường hợp: a) không biết cách để đạt đếnmục đích hoặc b) không biết chọn ra cách tối ưu để đạt đến mục đích trong các cách

- Bài toán cụ thể được phát biểu đúng hay gọi tắt là bài toán đúng.

Những bài toán thường gặp trong thực tế chưa phải là bài toán đúng Chúng có

tên gọi là các tình huống vấn đề xuất phát: người giải phải tự phát biểu bài toán;

phần giả thiết có thể thiếu hoặc thừa, hoặc là vừa thừa vừa thiếu; phần kết luận nêumục đích chung chung, không rõ ràng, không chỉ ra cụ thể phải đi tìm cái gì

Để xác định được một bài toán đúng và cụ thể, thông thường phải thực hiện cácgiai đoạn sau:

- Phát hiện các tình huống vấn đề xuất phát có thể

- Lựa chọn tình huống vấn đề xuất phát ưu tiên để giải quyết

- Phát hiện và phát biểu phổ các bài toán cụ thể có thể có của tình huống vấn đềxuất phát ưu tiên (xem hình 1.1)

Tình huống vấn đề xuất phát ưu tiên

- Phân tích đánh giá và lựa chọn trong số các bài toán cụ thể kể trên ra bài toánđúng cần giải

Tuy nhiên loại bài toán này rất ít được đề cập trong các trường học

Hình1.1 Phổ các bài toán cụ thể có thể có

Trong phạm vi vấn đề và giải quyết vấn đề thì tư duy sáng tạo là quá trình suynghĩ đưa người giải:

- Đi từ không biết cách đạt đến mục đích đến biết cách đạt đến mục đích; hoặc

- Từ không biết cách tối ưu đạt đến mục đích đến biết cách tối ưu đạt đến mụcđích trong một số cách đã biết

Như vậy, về mặt nghĩa thì tư duy sáng tạo và quá trình suy nghĩ giải quyết vấn

đề và ra quyết định được coi là tương đương

1.1.4 Phương pháp luận sáng tạo TRIZ

“Phương pháp” nói chung là một khái niệm rất trừu tượng vì nó không mô tảnhững trạng thái, những tồn tại tĩnh trong thế giới hiện thực, mà nó chủ yếu mô tảnhững phương hướng vận động trong quá trình nhận thức và hoạt động thực tiễncủa con người.[24]

Thuật ngữ “phương pháp” được hiểu ở các bình diện khác nhau Trong bình diệnrộng nhất nó được hiểu là phương pháp luận.[24]

“Phương pháp luận sáng tạo TRIZ” là bộ môn khoa học lấy lí thuyết TRIZ làm

cơ sở với mục đích trang bị cho người học hệ thống các phương pháp, các kỹ năngthực hành về suy nghĩ để giải quyết các vấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo,

về lâu dài, tiến tới điều khiển được tư duy

đã bộc lộ nhiều nhược điểm và nó không đáp ứng được các đòi hỏi của sự phát triển

và không thích hợp để giải quyết các vấn đề hiện đại Ngoài ra còn có nhiều phươngpháp cũng được xây dựng dựa trên cách tiếp cận tâm lí như phương pháp não công,phương pháp đối tượng tiêu điểm

Để khắc phục những nhược điểm của các phương pháp luận sáng tạo trước đó,TRIZ đã ra đời dựa trên sự kế thừa và sử dụng các nguồn kiến thức là thành tựu củanhiều bộ môn khoa học và kĩ thuật

TRIZ được xây dựng và phát triển bởi một đội ngũ do Genrich SaulovichAltshuller (1926-1998) dẫn dắt, là một trong những nhà khoa học kiệt xuất của thế

kỷ 20 Ông sinh tại Tashkent (Uzbekistan) và năm 14 tuổi đã có vài bằng chứngnhận tác giả sáng chế Tốt nghiệp đại học công nghiệp Ông giảng dạy ở Đại họcBaku nhiều năm, là tác giả của hàng chục cuốn sách và khoảng 400 bài luận vềTRIZ Ông là tác giả của hàng trăm phát minh, sáng chế xuất sắc Ngoài raAltshuller còn viết khoảng 5 cuốn sách về khoa học viễn tưởng

TRIZ được xây dựng như là một môn khoa học chính xác, có lĩnh vực nghiêncứu riêng, các phương pháp riêng, ngôn ngữ riêng, có công cụ riêng Cốt lõi củaTRIZ là thuật toán giải các bài toán sáng chế ARIZ ARIZ là một chương trình cáchành động tư duy có định hướng, được kế hoạch hóa Nó có mục đích tổ chức hợp

lý và làm tích cực hóa tư duy sáng tạo cho não bộ, bước đầu tạo cơ sở cho lí thuyếtchung về tư duy định hướng ARIZ có tính logic và linh động Về mặt logic, ARIZ

có tác dụng phân nhỏ bài toán thành từng phần, vừa sức với người giải quyết vấn

đề Về mặt khác, nó khai thác tối đa mặt mạnh của từng người trong một đội nhómlàm việc như kiến thức, kinh nghiệm, trí tưởng tượng, linh tính và hạn chế mặtyếu như tính ì tâm lí, sự phân tán trong suy nghĩ Lợi ích của ARIZ nói chung lànâng cao hiệu suất tư duy sáng tạo giải quyết vấn đề và ra quyết định

TRIZ thể hiện ưu điểm vượt trội so với các phương pháp khác là tính khoa học.Khi G.S Altshuller bắt đầu xây dựng phương pháp, ông đã tìm ra câu trả lời: muốnsáng tạo thì phải đi tìm các quy luật sáng tạo, do đó TRIZ được đặt nền móng triếthọc là phép duy vật biện chứng Đi tìm sự sáng tạo là đi tìm sự phát triển, hiểu theonghĩa phát triển là mang lại cái mới và cái mới này tốt hơn cái cũ Sau đó G.S.Alshuller đã đi nghiên cứu hàng nghìn phát minh sáng chế, khái quát thành các quyluật trong sáng tạo và đổi mới

Bên cạnh đó TRIZ thể hiện tính khoa học ở hướng tiếp cận hệ thống, tức là cácyếu tố trong mỗi sản phẩm, từ máy bay, ô tô, ti vi đều liên quan tác động vớinhau, và mỗi sản phẩm đều có lịch sử, xu hướng phát triển dựa trên việc kế thừa

những ưu điểm của cái cũ, và hạn chế hoặc tiến tới loại bỏ các nhược điểm để tạo rasản phẩm ở mức sáng tạo cao hơn Bên cạnh việc mỗi sản phẩm có tính hệ thốngcủa chính nó mà còn là một yếu tố trong một hệ thống lớn hơn, không thể tách rờiriêng biệt.

Như vậy với việc đứng trên quan điểm khoa học sáng tạo thì TRIZ giúp chongười sử dụng có được tính định hướng cao nhờ vào việc phát hiện và sử dụng cácquy luật phát triển của hệ thống, nên người giải có thể rút ngắn thời gian tìm kiếmlời giải, hạn chế được rất nhiều các phương án thử sai, đồng thời có cách tiếp cậntìm kiểm hệ thống các giải pháp

Từ năm 1991, TRIZ được giới thiệu vào Mỹ, và một số nước châu Âu, sau gần

14 năm họ đã đạt được rất nhiều thành công Hội nghị quốc tế TRIZ lớn nhất trênthế giới là TRIZCON được tổ chức tại Mỹ năm đầu tiên 1999, đến nay đã và đangliên tục tổ chức các hội nghị quốc tế về TRIZ, thu hút được những chuyên gia hàngđầu về khoa học kỹ thuật, từ các tập đoàn xuyên quốc gia Tại đây họ chia sẻ nhữngkinh nghiệm về sáng tạo và đổi mới tại công ty của mình, vạch ra những hướng pháttriển TRIZ trong tương lai Sự phát triển của TRIZ nhờ đóng góp của hàng ngàn kỹ

sư, mất 50 năm và bao gồm việc phân tích gần 2.5 triệu bằng sáng chế trên khắp thếgiới

Trong lĩnh vực giáo dục, đã có nhiều tổ chức trường học nghiên cứu áp dụngTRIZ để nâng cao hiệu quả dạy và học, nhất là với các môn khoa học tự nhiên.TRIZ đã đưa vào giảng dạy ở các trường đại học, viện nghiên cứu ở Anh, Đức,Thụy Điển, Mỹ, Tây Ban Nha, Phần Lan…Ở nước ta, lớp học đầu tiên về tư duysáng tạo được tổ chức vào năm 1977 Hiện nay, Trung tâm Sáng tạo KHKT (TSK)thuộc Đại học Tổng hợp TP.HCM thường xuyên mở các lớp, chiêu sinh theo cáchghi danh tự do cho những người nào quan tâm đến việc nâng cao chất lượng suynghĩ Gần 60 khóa học đã mở với hơn 2.300 người tham dự Qua các ý kiến của cáchọc viên có thể thấy được những ích lợi cụ thể do môn học mang lại Một số họcviên đã có những thành công đáng kể trong công việc và trong cuộc sống của mình

mà báo chí thành phố tađã có dịp nói rồi

Hiện nay, TRIZ là một lí thuyết lớn với hệ thống công cụ thuộc loại hoàn chỉnhnhất trong lĩnh vực sáng tạo và đổi mới TRIZ bao gồm: 9 quy luật phát triển hệ

thống; 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản dùng để khắc phục các mâu thuẫn kĩ thuật; 11biến đổi mẫu dùng để khắc phục các mâu thuẫn vật lí; hệ thống 76 chuẩn dùng đểgiải các bài toán sáng chế Ngoài ra, còn có thể tổ hợp những thành phần này lại vớinhau theo vô vàn cách để có được sự đa dạng vô tận

* Các loại mâu thuẫn trong giải quyết vấn đề và ra quyết định

TRIZ phân biệt ba loại mâu thuẫn trong giải quyết vấn đề và ra quyết định: [8]

các hệ thống

Các chuẩn

Các bài toán tương

tựCác kiến thức khoa

gic

• Các yếu tố điều khiển tâm lí

• Bảo đảm thông tin, kiến thức, công cụ

A R I Z

Hình 1.2 Sơ đồ khối của TRIZCác bài toán chuẩn Các bài toán không chuẩn

Mâu thuẫn vật lí là loại mâu thuẫn sâu sắc nhất trong ba loại mâu thuẫn, nó làcái “huyệt” của bài toán Mâu thuẫn vật lí được phát biểu như sau:

Một thành phần của hệ thống phải có mặt đối lập này (Đ) để đem lại ích lợi này

và phải có mặt đối lập kia (-Đ) để đem lại ích lợi kia, do vậy bài toán giải được (đạtđược mục đích) Trong khi đó, các mặt đối lập (Đ) và (-Đ) là hai mặt đối lập loại trừnhau

Giải quyết mâu thuẫn vật lí là làm cho (Đ) và (-Đ) trở nên thống nhất: cùngchung sống hòa bình, bổ sung, hỗ trợ cho nhau

Theo lịch sử phát triển của TRIZ, khái niệm mâu thuẫn vật lí được tìm ra saukhái niệm mâu thuẫn kĩ thuật khá lâu Khi có khái niệm mâu thuẫn vật lí, quá trìnhgiải bài toán có sự thay đổi, cụ thể, người giải phải phát biểu xong mâu thuẫn vật límới chuyển sang giai đoạn phát ý tưởng và phát ý tưởng là để giải quyết mâu thuẫnvật lí Lúc này các thủ thuật cơ bản được nhóm lại thành hệ thống các biến đổi mẫudùng để giải quyết các mâu thuẫn vật lí

* Vai trò của phương pháp luận sáng tạo TRIZ

- Vì TRIZ được xây dựng dựa trên nhiều nguồn tri thức khoa học có tính kháiquát hóa cao, thông tin về sự phát triển và phương pháp luận xử lí thông tin tin cậynên TRIZ có tiềm năng được mở rộng với nhiều lĩnh vực trong đời sống cũng nhưtrong kĩ thuật

- TRIZ có ích lợi trong việc làm tăng tính nhạy bén tư duy của con người Hơnthế nữa, phương pháp luận sáng tạo còn cung cấp những kênh thông tin ở sẵn trongđầu người giải bài toán

- TRIZ giúp phát triển trí tưởng tượng của người học

- TRIZ giúp giải quyết vấn đề “thắt cổ chai” và việc chuyển từ thời đại thông tinsang thời đại sáng tạo, đổi mới hay thời đại tri thức là bước phát triển tất yếu

- TRIZ giúp khả năng phát triển bằng tư duy các nhu cầu, xúc cảm, thói quen vàhành động

- Đối với những bài toán có mức khó cao, phương pháp luận sáng tạo TRIZ giúprút ngắn thời gian giải bài toán, giảm số lượng người tham gia và chi phí giải bàitoán

- Phương pháp luận sáng tạo TRIZ nhằm đi tới hoàn thiện tư duy sáng tạo cũng

là nhắm đến hoàn thiện con người trong các mối quan hệ con người với con người,con người với xã hội, con người với công cụ lao động và con người với tự nhiên

* Ứng dụng của phương pháp luận sáng tạo TRIZ

- Trong giảng dạy vật lí, TRIZ có vai trò quan trọng khi nghiên cứu học tập theophương pháp thực nghiệm, mô hình, tương tự Ngoài ra, TRIZ giúp người học dễtìm ra các phương pháp giải quyết vấn đề, các biện pháp kĩ thuật, cách xử lí các khókhăn trong thực tế

- TRIZ còn ứng dụng trong quản lý giáo dục Việc ứng dụng 40 nguyên tắc nângcao hiệu quả công tác quản lý giáo dục, làm tốt công tác chủ nhiệm, tăng cườngchất lượng của các sáng kiến kinh nghiệm

1.2 Bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

1.2.1 Vai trò của bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

Bài tập sáng tạo là một dạng bài tập được xây dựng nhằm mục đích bồi dưỡng

tư duy sáng tạo cho học sinh, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục

Bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo là bài tập sáng tạo được xây dựngdựa trên lí thuyết TRIZ Bài tập này đòi hỏi ở học sinh tính nhạy bén tư duy, khảnăng tưởng tượng (bản chất của hoạt động sáng tạo), sự vận dụng kiến thức mộtcách linh hoạt, sáng tạo để giải quyết vấn đề trong những tình huống mới, hoàncảnh mới Đặc biệt, bài tập sáng tạo yêu cầu khả năng đề xuất các tình huống xảy

ra, phương án thực hiện của bản thân học sinh

Vì đây cũng là một dạng bài tập vật lí nên nó có đầy đủ vai trò của một bài tậpvật lí nói chung Ngoài ra bài tập sáng tạo còn có những vai trò riêng

* Về phía học sinh

- Để giải được bài tập sáng tạo, học sinh phải tiến hành các thao tác phân tích,tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, trừu tượng hóa, biết cách tự đề xuất các tìnhhuống xảy ra của bài toán, biết cách lập kế hoạch giải quyết vấn đề mà bài toán đặtra Nói chung việc giải bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo giúp pháttriển năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh Đây là vai trò quan trọng nhất của bàitập sáng tạo

- Đối với một số bài tập cho thiếu, thừa hoặc sai dữ kiện, để làm được bài tập,học sinh phải biết phát hiện ra những điều chưa hợp lý, tự bổ sung các dữ kiện cònthiếu, tự bỏ bớt những dữ kiện thừa Nếu bài toán sai thì phải biết tìm ra chỗ sai Vìvậy loại bài tập này có tác dụng rèn luyện tư duy phê phán, khả năng nhìn nhận vấn

đề của học sinh

- Việc đưa bài tập sáng tạo vào dạy học môn vật lí giúp học sinh có đượcphương pháp giải quyết các vấn đề xảy ra khi giải bài tập, có cách nhìn tổng quáthơn, chương trình hóa những bước giải bài toán thật tối ưu, tiết kiệm thời gian, chủđộng xử lí các tình huống xảy ra Đồng thời học sinh có thể vận dụng để giải quyếtnhững vấn đề thường gặp trong cuộc sống Điều này sẽ gây hứng thú cho học sinh

- Bài tập sáng tạo đòi hỏi học sinh phải có một khả năng phân tích, tổng hợp, sosánh cao nên loại bài tập này phù hợp với đối tượng học sinh khá trở lên Vì thế bàitập sáng tạo có tính cá biệt hóa học sinh Giáo viên có thể sử dụng loại bài tập nàytrong việc bồi dưỡng học sinh giỏi

- Bài tập sáng tạo thường được xây dựng có nội dung gắn liền với thực tế, có nộidung thí nghiệm nên có tác dụng giúp cho học sinh rèn luyện được kĩ năng thựchành, những hiểu biết cần thiết về giáo dục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

* Về phía giáo viên

Trong quá trình sáng tạo ra một bài tập sẽ làm cho tư duy của người giáo viêntrở nên linh hoạt, không lệ thuộc những cái có sẵn Từ đó người giáo viên cũng cóthể rèn luyện được tư duy của mình, đưa bản thân vào một tình huống mới để thửsức

Trên đây là một số vai trò của bài tập vật lí được xây dựng theo phương phápluận sáng tạo TRIZ Để có được những vai trò nói trên thì bài tập vật lí theo phươngpháp luận sáng tạo TRIZ có những điểm khác so với các bài tập thông thường

1.2.2 Sự khác nhau giữa bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

và các dạng bài tập khác

- Bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ được xây dựng dựa trêncác thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo phù hợp với môn vật lí

- Bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ thường gắn liền với thực

tế, gần gũi với đời sống hàng ngày của học sinh, người giải cần phải có một chiến

lược tổng quát, sử dụng hệ thống các câu hỏi phát triển tư duy Các bài tập vậndụng và luyện tập không có được ưu điểm này

- Công cụ để giải loại bài tập sáng tạo là sử dụng lí thuyết TRIZ Do đó để giảiđược một bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ, người giải phải cóphương pháp giải cụ thể đặc trưng của phương pháp luận sáng tạo TRIZ, không đitìm hướng giải một cách mò mẫm Đây là đặc trưng của bài tập vật lí được xâydựng theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

- Mặt khác để giải được loại bài tập sáng tạo này, nhất là đối với những bài toán

có tính chất phức tạp, người giải có thể sử dụng các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạophân nhỏ thành nhiều bài toán đơn giản, từ đó có thể giải quyết vấn đề một cách dễdàng

1.3 Dạy học theo phương pháp luận sáng tạo

Mục đích của giáo dục ngày nay ở nước ta và thế giới không chỉ dừng lại ở việctruyền thụ cho học sinh những kiến thức, kĩ năng loài người đã tích lũy được trướcđây, mà còn đặc biệt quan tâm đến việc bồi dưỡng cho họ năng lực tư duy sáng tạo

ra những tri thức mới, cách giải quyết vấn đề mới phù hợp với hoàn cảnh của mỗiđất nước, mỗi dân tộc Trong xã hội phát triển, người lao động phải có năng lực tựđịnh hướng và tự học để thích ứng với đòi hỏi mới của xã hội Vậy nhiệm vụ chínhcủa giáo viên môn vật lí là tổ chức, hướng dẫn hoạt động học của học sinh Nhưngmuốn tổ chức, hướng dẫn tốt hoạt động học tập vật lí, người giáo viên cần phải nắmđược quy luật chung của quá trình nhận thức vật lí, mà nhận thức vật lí là nhận thứcchân lý khách quan đưa học sinh từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, từ tưduy trừu tượng đến thực tiễn Vì vậy giáo viên phải biết tổ chức hoạt động học mộtcách sáng tạo (dạy học sáng tạo)

Dạy học theo phương pháp luận sáng tạo là một vấn đề mới trong chiến lượcphát triển nhân tài hiện nay nhằm đào tạo ra những con người có ích cho xã hội, đápứng nhu cầu của công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Nhưng hiện nay việc dạyhọc sáng tạo vẫn chưa được phổ biến ở trường phổ thông Vậy dạy học sáng tạo làgì?

1.3.1 Dạy học sáng tạo là gì?

Dạy học sáng tạo là một cách thức dạy học nhằm mục đích bồi dưỡng năng lực

tư duy sáng tạo cho học sinh Trong đó vận dụng các nguyên tắc sáng tạo và cácquy luật phát triển trong lí thuyết TRIZ để giải quyết vấn đề

1.3.1.1 Cơ sở tâm lí học

Dạy học sáng tạo lấy lí thuyết cân bằng của Jean Piaget và vùng phát triển gầncủa Vưgôtsxki làm cơ sở

* Lí thuyết cân bằng của Jean Piaget như sau: sự phát triển của con người luôn

tìm sự thích nghi, đi từ cân bằng này đến cân bằng khác ở mức độ cao hơn

Trong sơ đồ trên, dạy học thông qua hai quá trình chính: điều ứng và đồng hóa

* Lí thuyết vùng phát triển gần của Vưgôtsxki

Dạy học đi trước sự phát triển, kéo theo sự phát triển Vùng phát triển gần làkhoảng cách giữa trình độ hiện tại và nhiệm vụ học tập mà nếu nỗ lực cùng với sựgiúp đỡ của thầy cô, học sinh có thể giải quyết được nhiệm vụ học tập Điều đó cónghĩa là: nếu giao cho học sinh một nhiệm vụ nằm trong vùng phát triển gần thì nếuhọc sinh cố gắng sẽ làm được

Từ hai lí thuyết trên, để phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trước hết phảikích thích hoạt động nhận thức cho học sinh, đưa học sinh vào tình huống có vấn đềcần giải quyết Đồng thời học sinh giữ một vai trò tích cực trong việc thích nghi vớimôi trường mới, có như vậy mới đem lại sự phát triển tốt nhất cho người học

1.3.1.2 Cơ sở lí luận dạy học

Dạy học sáng tạo phải đảm bảo thực hiện đầy đủ các chức năng của một phươngpháp dạy học đó là giáo dục, giáo dưỡng và phát triển trí tuệ Việc dạy bài tập theophương pháp dạy học sáng tạo là một công trình áp dụng khoa học vào thực tế được

sư phạm hóa Giáo viên phải tập cho học sinh hoạt động giống như một nhà khoa

Hình 1.3 Sơ đồ lí thuyết cân bằng của Piaget

hóa

học trẻ làm việc dưới sự hướng dẫn của một nhà khoa học đàn anh là thầy, cô giáo.Đồng thời thông qua dạy học sáng tạo có thể rèn luyện cho học sinh những đức tínhcần cù, kiên trì, lòng say mê nghiên cứu khoa học và biết các làm việc đúng khoahọc, quan trọng hơn nữa là học sinh có thể giải quyết được những mâu thuẫn xảy ratrong cuộc sống hàng ngày.

Einstein, M Plank và nhiều nhà vật lí học khác đã phát biểu giống nhau về quátrình sáng tạo[21, tr.27-28] Từ sự khái quát hoá những sự kiện đi đến xây dựng môhình trừu tượng của hiện tượng (đề xuất giả thiết), từ mô hình dẫn ra các hệ quả líthuyết, rồi từ hệ quả lí thuyết đến kiểm tra bằng thực nghiệm, nếu sự kiện thựcnghiệm phù hợp với hệ quả dự đoán thì giả thiết trở thành chân lý khoa học, mộtđịnh luật, một thuyết vật lí và kết thúc một chu trình Cho đến khi xuất hiện những

sự kiện thực nghiệm mới không phù hợp với thực nghiệm thì điều đó phải xem lại líthuyết cũ, chỉnh lí lại hoặc phải thay đổi và như thế là lại bắt đầu một chu trình mới,xây dựng những kiến thức mới, thiết kế những máy móc mới để kiểm tra

V.G.Razumôpxki đã khái quát chu trình trên bằng sơ đồ sau:

1.3.1.3 Cơ sở phương pháp luận sáng tạo TRIZ

Dạy học sáng tạo lấy lí thuyết TRIZ làm trung tâm là cơ sở cơ bản nhất TheoTRIZ có 40 thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản, trong đó có một số nguyên tắcphù hợp với việc dạy học sáng tạo môn vật lí ở trường phổ thông

Thủ thuật là thao tác tư duy đơn lẻ, chỉ ra hướng mà người giải cần suy nghĩ

Mô hình

giả định

trừu tượng

Các hệ quả lôgic

Những sự

kiện khởi

đầu

Thí nghiệm kiểm tra

Hình 1.4 Chu trình sáng tạo khoa học theo V.G.Razumôpxki

Tính cơ bản của thủ thuật (nguyên tắc) thể hiện ở chỗ tương đối đơn giản và độclập, hay sử dụng và phù hợp với các quy luật phát triển hệ thống Các thủ thuật cònđược gọi là các nguyên tắc.

1 Nguyên tắc phân nhỏ

a Chia đối tượng thành các phần độc lập

b Làm đối tượng trở nên tháo lắp được

c Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng

a Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận

b Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận

6 Nguyên tắc thực hiện sơ bộ

a Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đốitượng

b Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuậnlợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển

7 Nguyên tắc đẳng thế

Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng

8 Nguyên tắc đảo ngược

a Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hành động ngược lại (ví dụ: khônglàm nóng mà lại làm lạnh đối tượng)

b Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứngyên và ngược lại phần đứng yên thành chuyển động

9 Nguyên tắc cầu (tròn) hóa

a Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặtcầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu

b Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn

c Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm

10 Nguyên tắc linh động

a Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao chochúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc

b Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau

11 Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”

Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiềuhơn “một chút” Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn

12 Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học

a Làm đối tượng dao động

b Nếu đã có dao động, tăng tần số dao động (đến tần số siêu âm)

c Sử dụng tần số cộng hưởng

d Thay vì sử dụng các bộ rung cơ học, dùng các bộ rung áp điện

e Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ

13 Nguyên tắc biến “hại” thành “lợi”

a Sử dụng những tác nhân có hại (tác động có hại của môi trường) để thu đượchiệu ứng có lợi

b Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác

c Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa

14 Nguyên tắc quan hệ phản hồi

a Thiết lập quan hệ hồi

b Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó

15 Nguyên tắc sử dụng trung gian: sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp

a Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợihoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao.

b Thay thế đối tượng hoặc hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hìnhvẽ) với các tỷ lệ cần thiết

c Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sángnhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoạihoặc tử ngoại

17 Thay thế sơ đồ cơ học

a Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị

b.Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đốitượng

c Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thayđổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định

d Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ

18 Sử dụng các kết cấu khí và lỏng

Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng; nạpkhí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực

19 Nguyên tắc thay đổi màu sắc

a Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài

b Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay môi trường bên ngoài

c Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng cácchất phụ gia màu, huỳnh quang

d Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp

20 Nguyên tắc đồng nhất

Những đối tượng, tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng mộtvật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng

21 Thay đổi các thông số hóa lý của đối tượng

a Thay đổi trạng thái của đối tượng

b Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc

c Thay đổi độ cao

d Thay đổi nhiệt độ, thể tích.

22 Sử dụng sự nở nhiệt

a Thay đổi sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu

b Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau

1.3.2 Các biện pháp thực hiện dạy học sáng tạo môn vật lí ở trường phổ thông

Năng lực nói chung hay năng lực tư duy sáng tạo nói riêng không phải do bẩmsinh mà có, mà được hình thành và phát triển trong suốt quá trình hoạt động nhậnthức của chủ thể Do đó, muốn hình thành năng lực tư duy sáng tạo phải chuẩn bịcho học sinh những điều kiện cần thiết tạo môi trường thuận lợi để học sinh có thểhình thành và phát triển năng lực tư duy sáng tạo

1.3.2.1 Tích cực sử dụng các bài tập sáng tạo

Cho học sinh thực hiện các thao tác tư duy với bài tập sáng tạo nhằm kích thíchtính sáng tạo của họ, góp phần đào tạo nguồn nhân lực năng động, tháo vát, sáng tạophù hợp với thời đại công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước nhất là thời kỳ chuyển

từ thời đại công nghệ thông tin sang thời đại sáng tạo.[8]

1.3.2.2 Sử dụng chiến lược dạy học nêu và giải quyết vấn đề

Chiến lược dạy học nêu và giải quyết vấn đề có ưu điểm trong việc tạo mâuthuẫn nhận thức, gợi động cơ, hứng thú tìm các mới Việc thường xuyên tham giavào giải quyết những mâu thuẫn nhận thức sẽ tạo ra thói quen, lòng ham thích hoạtđộng trí óc có chiều sâu, tự giác, tích cực Điều này sẽ góp phần vào việc bồi dưỡng

tư duy sáng tạo cho học sinh

Tùy thuộc vào từng hoàn cảnh mà tạo ra các tình huống có vấn đề, và các mức

độ sử dụng thích hợp, nếu cần thiết có thể phối hợp nhiều mức độ khác nhau.[25]Mức độ thấp nhất: đó là trình bày nêu vấn đề Ở mức độ này giáo viên vạch rõquá trình giải quyết vấn đề cho học sinh Còn người học sinh không tự lực giảiquyết vấn đề

Mức độ hai: tìm tòi một phần Học sinh giải quyết vấn đề và bài toán với sự giúp

đỡ của giáo viên Ở mức độ này học sinh tự lực giải quyết một phần hoặc một vấn

đề nhỏ

Mức độ ba: nghiên cứu trong học tập Đây là mức độ cao của dạy học nêu vấn

đề, học sinh tự vạch kế hoạch giải quyết vấn đề Như vậy hoạt động này giống nhưhoạt động nghiên cứu của nhà khoa học

1.3.2.3 Bồi dưỡng cho học sinh phương pháp tự học để tiếp cận với sáng tạo

Việc bồi dưỡng phương pháp tự học cho học sinh để phát huy tính sáng tạo làmột vấn đề cần thiết, nhưng làm như thế nào đó mới là điều quan trọng

Kĩ năng tự học và giá trị biểu hiện của việc tự học là những thước đo của tâm lísáng tạo và sản phẩm sáng tạo Bước vào thế kỷ 21, kĩ năng đó sẽ tồn tại như mộttrong những kĩ năng sống mà con người không thể thiếu, đồng thời giá trị đó giúpcho mỗi cá nhân tự khẳng định mình trong xu thế nhảy vọt của thời đại thông tin.Trong quá trình tự học, học sinh phải biết tin tưởng vào sự sáng tạo của mìnhbiết cố gắng tự quyết, biết suy nghĩ nhiều phương án, thường xuyên tự đặt mình vàolĩnh vực mới, biến suy nghĩ thành hành động Từ đó, tư duy của học sinh mới đượcrèn luyện và phát triển

1.3.2.4 Tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học

Các phương tiện dạy học không những giúp học sinh có điều kiện nhận thức thếgiới bên ngoài tốt hơn, rèn óc tư duy sáng tạo, khả năng quan sát phán đoán, kĩ năng

xử lý số liệu, sử dụng các thiết bị để đo lường một số đại lượng cơ bản, lắp ráp thínghiệm mà còn giảm đáng kể hoạt động của giáo viên Thông qua những phươngtiện trực quan học sinh có thể tự thu nhận kiến thức cho bản thân, muốn khám pháthế giới, kích thích hứng thú đối với người học Đồng thời học sinh cũng có thể ápdụng một cách sáng tạo những gì mình thu được những gì mình thấy được vào thực

tế Tính sáng tạo còn thể hiện ở việc áp dụng kiến thức vào lĩnh vực khác trong đờisống hàng ngày.[1]

1.3.2.5 Tạo môi trường sư phạm thuận lợi

Học sinh lâu nay quen thụ động, ít tự lực suy nghĩ Giáo viên cần phải biết độngviên, giúp đỡ để học sinh mạnh dạn tìm tòi suy nghĩ, tự đề xuất ý kiến của riêngmình, thậm chí học sinh có thể lật ngược vấn đề của câu hỏi hay bài toán Vì vậy,giáo viên cần phải kiên trì dành nhiều thời gian hơn nữa cho học sinh phát biểu,thảo luận, dần dần tốc độ suy nghĩ và phát biểu của học sinh sẽ nhanh lên

1.3.2.6 Rèn luyện cho học sinh kĩ năng thực hiện một số thao tác tư duy

Những thao tác tư duy đó là thao tác phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa,trừu tượng hóa, cụ thể hóa đây là một nhiệm vụ khó khăn đặt ra cho giáo viên, bởigiáo viên không thể quan sát được quá trình hoạt động của học sinh Cách hướngdẫn có hiệu quả là giáo viên đưa ra những câu hỏi mà muốn trả lời học sinh phảithực hiện một số thao tác nào đó Cứ như thế dần dần học sinh có thể tự tích lũykinh nghiệm, thực hiện đúng và nhanh.

1.3.2.7 Tổ chức các cuộc thi sáng tạo tài năng trẻ

Hiện nay, ở nước ta cũng như trên thế giới đã tổ chức nhiều chương trình sángtạo như cuộc thi sáng tạo Robocon, các giải pháp nhằm bảo vệ môi trường và tàinguyên thiên nhiên, sáng tạo ra các phần mềm về công nghệ thông tin những cuộcthi này không giới hạn độ tuổi và cũng có rất nhiều học sinh trung học phổ thôngthậm chí cả học sinh trung học cơ sở cũng tham gia và đạt giải rất cao Vì vậy côngviệc này cần phải được phát huy nhằm kích thích tính sáng tạo của học sinh Điềunày không những giúp chúng ta phát hiện ra những tài năng trẻ mà qua đó có biệnpháp bồi dưỡng những con người này thành nhân tài của đất nước

1.4 Thực trạng sử dụng bài tập sáng tạo môn vật lí ở trường phổ thông

1.4.1 Thực trạng sử dụng bài tập sáng tạo môn vật lí lớp 11 trung học phổ thông

Qua việc tìm hiểu thực trạng sử dụng bài tập sáng tạo môn vật lí ở trường phổthông chúng tôi rút ra được một số nhận xét sau:

- Phần lớn giáo viên chưa chú trọng sử dụng bài tập sáng tạo do bản thân tự biênsoạn vào dạy học, đặc biệt là bài tập được xây dựng theo phương pháp luận sáng tạoTRIZ mà chủ yếu sử dụng các bài tập trong sách giáo khoa và một số tài liệu thamkhảo

- Giáo viên chưa cá biệt hóa được học sinh, cùng một bài tập nhưng lại áp dụngcho nhiều đối tượng Các bài tập mà giáo viên sử dụng chỉ nhằm giúp học sinh ápdụng các định luật vật lí, công thức toán học mà chưa chú trọng đến phân tích cáchiện tượng vật lí xảy ra

- Nếu giáo viên có sử dụng bài tập sáng tạo thì cũng chỉ lấy từ các tài liệu thamkhảo Nhiều giáo viên áp đặt phương pháp giải bài tập cho học sinh, những học sinh

tự tìm ra phương pháp giải riêng thì không được giáo viên đánh giá cao Điều đólàm cho tư duy sáng tạo của học sinh bị hạn chế.

- Giáo viên khi cho làm các bài tập kiểm tra kiến thức học sinh chủ yếu lấy từ tàiliệu tham khảo hay sách giáo khoa chỉ biến đổi giá trị của các thông số, điều đó tạođiều kiện cho học sinh có thói quen học thuộc bài tập rồi lên lớp chép Từ đó chothấy việc đầu tư xây dựng bài tập sáng tạo ở trường phổ thông là rất ít

1.4.2 Thực trạng việc biên soạn bài tập sáng tạo trong sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo phần quang hình học chương trình vật lí phổ thông

1.4.2.1 Số lượng bài tập sáng tạo trong sách giáo khoa và các tài liệu tham khảo

Sách Giáo Khoa: Qua việc tìm hiểu việc biên soạn bài tập sáng tạo trong sáchgiáo khoa về phần quang hình học, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:

Tổng sốbài tập

Bài tậptrắcnghiệm

Tỉ lệ (%)

Bàitậpluyệntập/ ápdụng

Tỉ lệ(%)

Bàitậpsángtạo

Tỉ lệ(%)

Tài Liệu Tham Khảo: thông qua một số tài liệu tham khảo như Phương pháp giải bài tập vật lí 11 của Nguyễn Thanh Hải, Phương pháp giải toán vật lí 11 của

Trần Trọng Hưng, Giải bài tập vật lí 12 của Nguyễn Đức Hiệp, Chuyên đề bối dưỡng học sinh giỏi vật lí trung học phổ thông phần quang học của Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Bài tập vật lí 11 của Lương Duyên Bình (chủ biên) Chúng tôi nhận thấy

số lượng bài tập sáng tạo chiếm trung bình khoảng từ 15% - 20% Điều đó nói lênrằng, các tác giả cũng ít quan tâm đến việc đưa bài tập sáng tạo vào trong dạy học

1.4.2.2 Cách thức sử dụng bài tập sáng tạo trong sách giáo khoa và trong các tài liệu tham khảo.

Số lượng bài tập sáng tạo trong các tài liệu tham khảo nhiều hơn so với SGK,cho thấy SGK không chú trọng đến bài tập sáng tạo, không đòi hỏi kĩ năng phântích, tổng hợp, phán đoán hiện tượng, rèn luyện tư duy cao Còn trong các tài liệutham khảo, tuy số lượng bài tập sáng tạo chiếm tỉ lệ nhiều hơn, nhưng những bài tậpsáng tạo này có nội dung thường khác xa với thực tế; các bài tập sáng tạo khôngđược xây dựng theo phương pháp cụ thể nào đặc biệt là phương pháp luận sáng tạoTRIZ, không có chương trình hóa để giải quyết vấn đề, chủ yếu được sử dụng vớimục đích nâng cao hay trong chương trình bồi dưỡng học sinh giỏi

1.4.3 Một số nguyên nhân tác động đến việc sử dụng bài tập sáng tạo ở trường phổ thông

- Nhiều giáo viên chưa hiểu một cách đầy đủ bài tập sáng tạo và vai trò của bàitập sáng tạo trong dạy học vật lí, chưa biết cách biên soạn một bài tập sáng tạo,chưa quan tâm đến việc phát triển năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh

- Hiện nay nước ta chưa đưa vào dạy học môn “sáng tạo học” ở trường phổthông Đây cũng là nguyên nhân lớn dẫn đến nhiều giáo viên ít sử dụng bài tập sángtạo vào trong dạy học vật lí

- Sách về bài tập vật lí rất đa dạng và phong phú nhưng chủ yếu là các bài tậptrắc nghiệm, tài liệu biên soạn về bài tập tự luận còn hạn chế Trong các bài tập tựluận đó thì số lượng bài tập sáng tạo chỉ chiếm khoảng 20% lượng bài tập nên họcsinh rất ít có cơ hội tiếp cận bài tập sáng tạo

- Thi tốt nghiệp và đại học dưới hình thức trắc nghiệm khách quan nên khôngđòi hỏi trình độ lí luận cao, bài tập áp dụng là chủ yếu Điều này làm cho cả giáoviên và học sinh không xem trọng bài tập sáng tạo

- Trình độ học sinh ở một số trường phổ thông còn yếu, khả năng tiếp thu bài rấtkém nên việc sử dụng bài tập sáng tạo để dạy học vật lí cũng bị hạn chế.

- Một nguyên nhân lớn dẫn đến thực trạng trên là do tính ì về mặt tâm lí của giáoviên, cản trở quá trình sáng tạo và đổi mới Nhiều giáo viên rất có khả năng nhưngkhông chịu đầu tư nghiên cứu Do đó mọi người cần để ý và có biện pháp giảm táchại tính ì tâm lý của chính mình

mục đích đến biết cách tối ưu đạt đến mục đích trong một số cách đã biết Nói cáchkhác tư duy sáng tạo là quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định.

“Phương pháp luận sáng tạo TRIZ” là bộ môn khoa học với mục đích trang bịcho người học hệ thống các phương pháp, các kĩ năng thực hành về suy nghĩ để giảiquyết các vấn đề và ra quyết định một cách sáng tạo, về lâu dài, tiến tới điều khiểnđược tư duy

Để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong quá trình dạy học, đòi hỏi phảithực hiện dạy học sáng tạo Trong luận văn đề cập đến việc sử dụng bài tập sáng tạo

để phục vụ mục đích dạy học sáng tạo

Bài tập sáng tạo là bài tập được xây dựng theo phương pháp luận sáng tạo màlấy lí thuyết TRIZ làm cơ sở, loại bài tập này đòi hỏi ở học sinh tính nhạy bén tưduy, khả năng tưởng tượng (bản chất của hoạt động sáng tạo), sự vận dụng kiếnthức một cách linh hoạt, sáng tạo để giải quyết vấn đề trong những tình huống mới,hoàn cảnh mới Đặc biệt, bài tập sáng tạo yêu cầu khả năng đề xuất tình huống xảy

ra, phương án thực hiện của bản thân học sinh

Bài tập sáng tạo có vai trò quan trọng trong dạy học vật lí, nó giúp phát triểnnăng lực tư duy sáng tạo cho học sinh; có tác dụng rèn luyện tư duy phê phán, tưduy sáng tạo cho học sinh; gây hứng thú cho người học; cá biệt hóa học sinh rất cao,giáo viên có thể sử dụng loại bài tập này trong việc bồi dưỡng học sinh giỏi; giáodục kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

Vận dụng cơ sở lí luận trên để xây dựng bài tập sáng tạo môn vật lí theo phươngpháp luận sáng tạo TRIZ và áp dụng các bài tập thiết kế một số tiết dạy phần quanghình học vật lí 11 sẽ được trình bày trong chương II

CHƯƠNG II: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VẬT LÍ PHẦN QUANG HÌNH HỌC VẬT LÝ 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG THEO PHƯƠNG

PHÁP LUẬN SÁNG TẠO TRIZ

2.1 Nội dung kiến thức phần quang hình học vật lí 11 trung học phổ thông

2.1.1 Sơ đồ lôgic nội dung phần quang hình học vật lí 11 trung học phổ thông

Nội dung kiến thức phần quang hình học vật lí 11 được cụ thể hóa theo sơ đồsau:

2.1.2 Tầm quan trọng của phần quang hình học trong chương trình vật lí 11 THPT

Quang học là bộ môn nghiên cứu về ánh sáng Trong giới hạn đề tài chỉ nghiêncứu phần quang hình học Quang hình học là phần quang học nghiên cứu sự truyền

Khúc xạ ánh sáng

Lăng kính

Thấu kính mỏng

Mắt

Thấu kính phân kì

Thấu kính hội tụ

Cận thị

Viễn thị

Mắt lão

Định luật khúc xạ ánh sáng

Kính lúp

Kính hiển vi

Kính thiên văn

ứng dụng

Hình 2.1 Sơ đồ lôgic phần quang hình học

ánh sáng trong các môi trường trong suốt, nghiên cứu về cấu tạo và ứng dụng củamột số dụng cụ như thấu kính mỏng, lăng kính Ứng dụng của những dụng cụ này làchế tạo ra nhiều loại dụng cụ quang như kính lúp, kính thiên văn, kính hiển vi, máyquang phổ.

Kính lúp có công dụng trong y học, quan sát những vật có kính thước không quánhỏ, sửa chữa đồng hồ

Kính hiển vi dùng quan sát những vật có kích thước rất nhỏ hoặc những vật cókích thức cực nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được, được sử dụng rộng rãitrong sinh học và đời sống

Kính thiên văn được dùng để quan sát những vật ở xa như các thiên thể Đây làdụng cụ bổ trợ đắc lực cho ngành thiên văn học

Ngoài ra quang hình học còn nghiên cứu về mắt và cách khắc phục các tật củamắt như thế nào, đây là một trong những hiện tượng mà thời đại công nghệ thôngtin hay mắc phải đó là cận thị, viễn thị

Như vậy, để phát triển tư duy sáng tạo, khả năng tìm tòi ham hiểu biết, muốnkhám phá cuộc sống, đồng thời gây hứng thú học tập cho học sinh thì việc biên soạnbài tập vật lí theo phương pháp sáng tạo TRIZ thuộc phần quang hình học là cầnthiết

2.2 Xây dựng bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

2.2.1 Các bước xây dựng bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

Để xây dựng một bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ đạt hiệuquả cao trong dạy học cần tuân theo các bước sau:

- Chọn bài tập xuất phát (tùy theo cách xem xét, có thể có nhiều bài tập xuấtphát chứ không phải chỉ có một)

- Sử dụng các nguyên tắc sáng tạo để chuyển bài tập xuất phát về bài tập sángtạo

- Xây dựng bài tập sáng tạo

- Sử dụng nguyên tắc sáng tạo để giải bài tập sáng tạo

- Đưa ra các câu hỏi định hướng tư duy học sinh

- Lời giải tóm tắt

Các bước xây dựng bài tập sáng tạo sẽ được minh họa cụ thể ở những phần sau.

2.2.2 Các vấn đề cần lưu ý khi xây dựng bài tập vật lí phần quang hình học vật

lí lớp 11 THPT theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ

- Khi lựa chọn bài tập xuất phát, giáo viên cần phải lựa chọn các bài tập có nộidung phù hợp với trình độ của học sinh ở từng vùng, từng miền

- Quang học nói chung là ngành học về các hiện tượng liên quan tới ánh sáng,các định luật quang học cũng như các dụng cụ quang học Phần Quang học lớp 11

đề cập tới phần quang hình học, trong đó dùng phương pháp hình học để giải thíchcác hiện tượng như phản xạ và khúc xạ ánh sáng, sự tạo ảnh qua các dụng cụ quanghọc…Vì vậy khi xây dựng bài tập sáng tạo về phần quang hình học, giáo viênkhông được sử dụng đơn thuần phương pháp hình học mà phải quan tâm đến cáchiện tượng vật lí xảy ra trong bài tập

- Học sinh có thể tự nghiên cứu, tìm tòi để chế tạo một số dụng cụ quang họcphục vụ cho mục đích học tập Thông qua đó giáo viên có thể xây dựng được hệthống bài tập sáng tạo phải có nội dung liên quan đến các dụng cụ quang học

- Đối với phần quang hình học giáo viên thường sử dụng một số nguyên tắc sángtạo để xây dựng bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ như nguyên tắclinh động, nguyên tắc tách khỏi, nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”, nguyên tắcphân nhỏ, nguyên tắc quan hệ phản hồi, nguyên tắc thay đổi các thông số hóa lí,nguyên tắc đảo ngược, nguyên tắc kết hợp …

- Lựa chọn nguyên tắc để đưa bài tập xuất phát về bài tập sáng tạo bằng cách trảlời các câu hỏi sau: Có thể phát biểu bài tập theo một cách khác không? Có thể thayđổi dữ kiện của bài tập không? Có thể thay đổi các thông số vật lí của đối tượngkhông? Có thể phân nhỏ bài tập xuất phát thành nhiều bài tập cụ thể được không?

Có thể kết hợp nhiều bài tập xuất phát thành bài tập sáng tạo có tính khái quátkhông?

- Các bài tập sáng tạo được xây dựng phải phát huy được tư duy sáng tạo củahọc sinh, có nội dung gắn với thực tiễn Tùy theo mục đích dạy học mà có thể sửdụng bài tập định tính hay bài tập định lượng

- Câu hỏi định hướng tư duy học sinh phải thể hiện chính xác về nội dung, phảithể hiện đúng điều muốn hỏi, vừa sức học sinh Các câu hỏi có nội dung phải được

soạn thảo sao cho học sinh tiếp nhận vấn đề đặt ra một cách tích cực và có suy nghĩ

để trả lời câu hỏi của họ được định hướng theo đường lối đúng đắn của việc giảiquyết vấn đề đang xét

2.2.3 Xây dựng hệ thống bài tập vật lí theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ phần quang hình học lớp 11 trung học phổ thông

Với các bước xây dựng bài tập trên, kết hợp với các yêu cầu khi xây dựng bàitập sáng tạo, chúng tôi đã xây dựng một số bài tập vật lí theo phương pháp luậnsáng tạo sau:

Bài tập 1:

Bài tập xuất phát [3]: Một cái thước được cắm thẳng đứng vào một bình nước

có đáy phẳng, ngang Phần thước nhô khỏi mặt nước là 4cm Chếch ở trên có mộtngọn đèn Bóng của thước trên mặt nước dài 4cm và ở đáy là 8cm Tính chiều sâucủa nước trong bình Chiết suất của nước là 4/3

Sử dụng nguyên tắc linh động và nguyên tắc thay đổi các thông số hóa lí chuyển

bài tập xuất phát trên thành bài tập sáng tạo sau:

BTST: Một thước kẻ dài 40cm được để chìm một nửa chiều dài trong nước

(chiết suất của nước là 4/3) thước nghiêng 450 so với mặt thoáng của nước Hỏi mắttrong không khí sẽ thấy phần chìm của thước làm với mặt thoáng của nước một gócbao nhiêu độ?

Sử dụng nguyên tắc quan hệ phản hồi (sử dụng thước thẳng để xác định góc trông vật), nguyên tắc phân nhỏ (chia bài tập ra thành nhiều bài tập nhỏ: xác định

độ nâng ảnh, xác định góc khúc xạ, góc tới) và phương pháp tương tự để giải bài

toán trên

* Câu hỏi định hướng phát triển tư duy học sinh:

- Khi cắm thước AB vào nước (đầu A nằm trong nước) thì ta sẽ nhìn thấy ảnh A’

* Lời giải tóm tắt:

Khi cắm thước vào trong nước cho tia khúc

xạ OA’ Đoạn OA’ là ảnh của OA của thước

khi nhìn qua mặt phân cách không khí-nước

Bài tập xuất phát [16]: Cho hai môi trường trong suốt chiết xuất n1 và n2 với n1

< n2 Một tia tới SI hợp với pháp tuyến một góc i = 300 Tính chiết suất của môitrường n2, biết n1 = 1

Sử dụng nguyên tắc linh động chuyển bài tập xuất phát thành bài tập sáng tạo

Sử dụng nguyên tắc quan hệ phản hồi (sử dụng compa, giấy, thước thẳng để xác

định đường đi của tia khúc xạ) giải bài toán trên

* Câu hỏi định hướng phát triển tư duy học sinh:

- Tia sáng khi đi vào môi trường n2 có đặc điểm gì?

- Làm thế nào để xác định được sini1 và sini2?

- Đưa ra điều kiện để tia sáng IK thỏa mãn định luật khúc xạ ánh sáng?

- Với n1 < n2 thì góc khúc xạ i2 như thế nào so với góc tới i1?

- Khi tia tới SI nằm sát mặt chất lỏng thì điểm J sẽ nằm ở đâu? và JH đóng vaitrò gì đối với đường tròn bán kính n1?

- Hãy chứng minh rằng ta chỉ vẽ được một tia khúc xạ IK vào môi trường cóchiết suất n2?

sin IJsin

Hay n1sini1 = n2sini2

Hơn nữa theo phép vẽ ta thấy: IK và SI luôn luôn nằm trong hai môi trườngkhác nhau, ở hai bên đường

n2

n1

Hình 2.2

Tính chất (1) và (2) thỏa mãn các điều kiện của định luật khúc xạ ánh sáng Vậy

IK chính là tia khúc xạ phải vẽ

- Biện luận:

+ Với n1 < n2 luôn luôn có: i1 > i2

+ Khi tia tới SI nằm sát mặt chất lỏng thì J = J0 lúc đó HJ trở thành tiếp tuyếncủa nửa đường tròn bán kính n1 tại J0 và i2 = i02 được xác định:

02 0 1

0 2

IJsin

IK

n i

n

Vậy bài toán vẽ luôn luôn tìm được một nghiệm tức luôn luôn vẽ được tia khúc

xạ, tia khúc xạ nằm trong giới hạn góc

' 1

0

2

narcsin

n

 

Bài tập 3:

Bài tập xuất phát [16,188]: Vật kính của máy ảnh gồm một thấu kính hội tụ O1

tiêu cự f1 = 7cm và thấu kính phân kì O2 có tiêu cự f2 = 6cm đặt cùng trục Máyđược dùng để chụp ảnh một người cách đó 10m Nếu bỏ thấu kính phân kì đi thì ảnhtrên phim sẽ nhỏ hơn 3 lần Biết rằng thấu kính phân kì gần phim hơn thấu kính hội

tụ Tính khoảng cách giữa hai thấu kính và khoảng cách giữa thấu kính phân kì đếnphim

Sử dụng nguyên tắc đảo ngược chuyển bài tập trên thành bài tập sáng tạo sau:

BTST: Một máy ảnh có vật kính gồm một thấu kính hội tụ O1 tiêu cự f1 = 7cm

và thấu kính phân kì O2 có tiêu cự f2 = 6cm đặt cùng trục và cách nhau 3cm dùng đểchụp một ngôi nhà rất xa Hỏi người chụp ảnh cần phải điều chỉnh phim như thế nào

để ảnh hiện lên phim được rõ nét, độ lớn của ảnh mà ta thu được là bao nhiêu?

Sử dụng nguyên tắc “tách khỏi” (đơn giản hóa bài tập bằng cách giới hạn giải bài tập trong trường hợp thấu kính phân kì gần phim hơn thấu kính hội tụ) và phương pháp tương tự đưa về dạng các bài tập đã biết để giải.

* Câu hỏi định hướng phát triển tư duy học sinh:

- Từ điều kiện bài toán, hãy vẽ sơ đồ tạo ảnh của vật?

- Ngôi nhà ở rất xa sau khi đi qua hệ thấu kính thì cho ảnh hiện lên ở đâu? Ảnhnày là ảnh thật hay ảnh ảo?

Hình 2.3

- Cần thêm dữ kiện nào để giải bài tập?

- Hãy phát biểu vấn đề thành bài tập đúng

* Lời giải tóm tắt:

Theo dữ kiện bài toán đã cho thì đề bài không cho học sinh biết thấu kính phân

kì hay thấu kính hội tụ gần phim hơn Vậy để giải bài tập này học sinh có thể bổsung dữ kiện hoặc có thể giải bài toán này trong hai trường hợp Dưới đây chỉ trìnhbày trường hợp thấu kính phân kì gần phim hơn thấu kính hội tụ Ngôi nhà ở rất xasau khi qua thấu kính hội tụ sẽ cho ảnh thật tại tiêu điểm ảnh và ảnh này sẽ trở thànhvật đối với thấu kính phân kì

Sơ đồ tạo ảnh của vật:

Từ công thức thấu kính 2' 2 2

d f d



 Trong mọi trường hợp luôn có: '

f d

2 2

2 2 '