Luận án tiến sĩ Giáo dục học kĩ thuật: Khai thac kien thuc vat li trong day hoc ki thuat dien tu mon Cong nghe 12

Môn kỹ thuật ở phổ thông là lĩnh vực học trong đó dạy học sinh những kiến thức kỹ thuật đại cương, những cơ sở khoa học của các giải pháp kỹ thuật và công nghệ dựa trên những hiểu biết và kỹ năng từ nhiều môn học khác nhau. Vì vậy, để dạy tốt môn KTCN ở phổ thông, giáo viên cần vận dụng được những kiến thức cơ sở liên quan (Toán, Vật lý, Hóa học, Sinh học...). Do đó đào tạo giáo viên kỹ thuật phổ thông cần chú ý đào tạo theo diện rộng.

§Æng V¨n NghÜa

Khai Th¸c kiÕn thøc vËt lý trong d¹y häc kü thuËt c«ng nghiÖp

líp 12 Trung häc phæ th«ng

LuËn ¸n tiÕn sÜ gi¸o dôc häc

Hµ néi - 2005

§Æng V¨n NghÜa

Khai Th¸c kiÕn thøc vËt lý trong d¹y häc kü thuËt c«ng nghiÖp

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành :

Ban Giám hiệu, Phòng Quản lý Khoa học, Khoa Sư phạm Kỹ thuật, Bộ môn Phương pháp giảng dạy, Bộ môn Điện tử - Tin học khoa Sư phạm Kỹ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện về thời gian và thiết bị để tác giả hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu của mình

Hội đồng chấm luận án và các thầy hướng dẫn: PGS TS Lê Hồng Sơn,

TS Hoàng Văn Việt cùng các thầy trong trường Đại học Sư phạm Hà Nội: PGS TS Nguyễn Văn Bính, PGS TS Trần Sinh Thành, PGS TS Nguyễn Văn Khôi, TS Nguyễn Trọng Khanh và các thầy cô giáo trong trường và khoa đã hết lòng ủng hộ, động viên tác giả hoàn thành công trình

Các trường THPT A Thanh Liêm, THPT B Thanh Liêm, THPT DL Thanh Liêm, trường THPT chuyên Hùng Vương, TP Việt Trì, Phú Thọ và các giáo viên,

đồng nghiệp đã cộng tác giúp đỡ để thực nghiệm đánh giá thành công

Toàn thể gia đình và bạn bè đã quan tâm động viên hết lòng để tác giả hoàn thành luận án

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận án là trung thực và ch−a từng công bố trong bất kỳ công trình nào khác (các công trình chung đã đ−ợc các đồng tác giả

đồng ý cho sử dụng)

Tác giả luận án

Đặng Văn Nghĩa

Mở đầu

Chương 1 - Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc khai thác

kiến thức vật lý trong dạy học kỹ thuật công nghiệp

1.1 Tổng quan về lịch sử nghiên cứu vấn đề

1.1.1 Tổng quan về mối liên hệ giữa Vật lý và Kỹ thuật

1.1.2 Tổng quan về việc khai thác kiến thức cơ sở Vật lý trong dạy

học Kỹ thuật

1.2 Cơ sở lý luận của việc khai thác kiến thức cơ sở

vật lý trong dạy học ktcn lớp 12 thpt 1.2.1 Một số khái niệm

1.2.2 Cơ sở lý luận của việc khai thác kiến thức cơ sở vật lý

trong dạy học KTCN lớp 12 THPT

1.3 Cơ sở thực tiễn của việc khai thác cơ sở vật lý trong

dạy học KTCN lớp12 thpt

1.3.1 Thực trạng về mối liên hệ giữa chương trình, nội dung Vật lý

và Kỹ thuật trong dạy học KTCN ở trường phổ thông

1.3.2 Thực trạng việc khai thác cơ sở Vật lý trong dạy học KTCN ở trường phổ thông

Chương 2 - Khai thác kiến thức vật lý trong dạy học ktcn lớp

thù của bài dạy kỹ thuật khi khai thác kiến thức cơ

sở vật lý

2.2.1 Xác định mục tiêu và trọng tâm của từng bài dạy kỹ thuật

2.2.2 Khai thác kiến thức vật lý một cách hợp lý trong nội dung kỹ thuật của bài dạy

2.2.3 Tăng cường khai thác mối liên hệ giữa lý thuyết với thực tế trong mỗi bài dạy kỹ thuật

2.2.4 Tăng cường tính công nghệ trong mỗi bài dạy kỹ thuật

2.2.5 Bồi dưỡng cho học sinh các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật đơn giản

2.2.6 Thường xuyên đổi mới phương pháp dạy học

2.3 qui trình và các bước khai thác kiến thức cơ sở vật lý trong dạy học môn ktcn lớp 12 thpt

2.3.1 Qui trình khai thác kiến thức vật lý trong dạy học môn học KTCN lớp 12 THPT

2.3.2 Các bước khai thác kiến thức vật lý trong dạy học môn KTCN lớp 12 THPT

2.4. một số ví dụ vận dụng

2.4.1 Bài : Động cơ không đồng bộ ba pha

2.4.2 Bài: Linh kiện bán dẫn và IC

2.4.3 Bài: Mạch chỉnh lưu

2.4.4 Bài: Máy thu thanh 2.5 Tổng quát những yêu cầu cơ bản khi khai thác kiến thức cơ sở

68

68

72

73

74

77

78

79

79

80

84

84

88

93

99

2.5.2 Về phương tiện dạy học

Chương 3 - Thực nghiệm sư phạm

3.1 mục đích, nhiệm vụ và đối tượng thực nghiệm

3.1.1 Mục đích

3.1.2 Nhiệm vụ

3.1.3 Đối tượng và cơ sở thực nghiệm

3.2 Nội dụng và tiến trình thực nghiệm

3.2.1 Chuẩn bị thực nghiệm

3.2.2 Nội dung thực nghiệm

3.3 Xử lý và đánh giá kết quả thực nghiệm

3.1.1 Kết quả thực nghiệm

3.3.2 Đánh giá định tính

3.3.3 Đánh giá định lượng

3.4 Phương pháp chuyên gia

3.4.1 Đánh giá định tính

3.4.2 Đánh giá định lượng

Kết luận và kiến nghị

Danh mục công trình của tác giả

Tài liệu tham khảo

PHụ LụC

104

108

108

108

108

109

109

109

110

111

111

112

113

123

124

124

129

131

132

138

Kü thuËt

Kü thuËt c«ng nghiÖp Nhµ xuÊt b¶n

Ph−¬ng ph¸p d¹y häc S− ph¹m Kü thuËt Trung häc phæ th«ng Trung t©m kü thuËt tæng hîp h−íng nghiÖp – d¹y nghÒ VËt lý

S¸ch gi¸o khoa S¸ch gi¸o viªn Gi¸o viªn Häc sinh

Bảng 1.1

Bảng 1.2

Bảng 1.3

Bảng 2.1

Bảng 2.2

Bảng 2.3

Bảng 2.4

Bảng 2

Bảng 2.6

Bảng 3.1

Bảng 3.2

Bảng 3.3

Bảng 3.4

Bảng 3.5

Bảng 3.6

Tên bảng

-Mối quan hệ giữa Khoa học – Công nghệ

-Những nguyên tắc Vật lý và sự áp dụng vào kỹ thuật

- So sánh chương trình môn Vật lý 12 và môn KTCN 12THPT -So sánh nội dung kiến thức cơ sở vật lý với kiến thức kỹ thuật lớp 12 THPT trong bài “ Máy biến thế”

-So sánh nội dung kiến thức cơ sở vật lý với kiến thức kỹ thuật lớp 12 THPT trong bài “ Động cơ không đồng bộ ba pha”

-So sánh nội dung kiến thức cơ sở vật lý với kiến thức kỹ thuật lớp 12 THPT trong bài “ Linh kiện bán dẫn và IC”

-Bảng tổng hợp các linh kiện bán dẫn

-So sánh nội dung kiến thức cơ sở vật lý với kiến thức kỹ thuật lớp 12 THPT trong bài “ Mạch chỉnh lưu”

-So sánh nội dung kiến thức cơ sở vật lý với kiến thức kỹ thuật lớp 12 THPT trong bài “ Máy thu thanh”

-Cơ sở và đối tượng tham gia thực nghiệm

-Bảng phân phối F1, đợt 1

-Bảng tần suất, đợt 1

-Bảng tần suất hội tụ tiến, đợt 1

-Bảng số liệu để tính phương sai, độ lệch chuẩn, và hệ số biến thiên của khối lớp ĐC, đợt 1

-Bảng số liệu để tính phương sai, độ lệch chuẩn, và hệ số biến

trang

13

19

59

70

83

89

91

93

99

108

112

113

113

113

Bảng 3.9

Bảng 3.10

Bảng 3.11

Bảng 3.12

-Bảng tần suất hội tụ tiến, đợt 2

-Bảng số liệu để tính phương sai, độ lệch chuẩn, và hệ số biến thiên của khối lớp ĐC, đợt 2

-Bảng số liệu để tính phương sai, độ lệch chuẩn, và hệ số biến thiên của khối lớp TN, đợt 2

-Danh sách một số giáo viên thực hiện phương pháp chuyên gia

117

117

118

122

Hình 1.1

Hình 1.2

Hình 1.3

Hình 1.4

Hình 1.5

Hình 1.6

Hình 1.7

Hình 1.8

Hình 2.1

Hình 3.1

Hình 3.2

Hình 3.3

Hình 3.4

Sơ đồ 0.1

Sơ đồ 2.1

Sơ đồ 2.2

Sơ đồ 2.3

Tên hình vẽ, đồ thị

- Các dạng cấu trúc khác nhau của máy biến thế

- Mỏ hàn biến thế

- Điện áp trong đoạn mạch mắc nối tiếp

- Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy biến thế

- Quan hệ giữa đòng điện và điện áp qua máy biến thế

- Cấu tạo của điốt bán dẫn

- Ký hiệu của điốt bán dẫn

- Cấu tạo và ký hiệu của tranzito lưỡng cực

- Bộ nguồn AC/DC liên tục

- Đường tần suất của hai khối lớp ĐC và TN, đợt 1

- Đường tần suất hội tụ tiến của hai khối lớp ĐC và TN, đợt 1

- Đường tần suất của hai khối lớp ĐC và TN, đợt 2

- Đường tần suất hội tụ tiến của hai khối lớp ĐC và TN, đợt 2

- Logic phát triển của KH và CN

- Mục tiêu của bài dạy kỹ thuật

- Quá trình khai thác kiến thức vật lý trong dạy học kỹ thuật

- Các bước khai thác kiến thức vật lý trong dạy học kỹ thuật

trang 39 39 41 49 49 50 51 51 75 115 116 119 120 2

67

73

80

Mở đầu

I Lý do chọn đề tài

Giáo dục và đào tạo luôn luôn được Đảng và Nhà nước ta quan tâm và nêu rõ từ cương lĩnh ban đầu Từ khi đất nước thống nhất, nhận rõ nguy cơ lạc hậu của đất nước so với sự phát triển của thế giới, Đảng và Nhà nước ta càng

đặc biệt quan tâm đến giáo dục và đào tạo, nhất là lĩnh vực đào tạo kỹ thuật,

đào tạo nguồn nhân lực có trình độ kỹ thuật cao Vì vậy, yêu cầu đổi mới và cải tiến phương pháp dạy và học, nhất là dạy và học môn Kỹ thuật công nghiệp ở phổ thông càng trở nên cấp thiết Cải tiến phương pháp dạy và học môn Kỹ thuật công nghiệp ở phổ thông theo hướng tích cực không những nâng cao chất lượng dạy học môn học, trang bị những kiến thức kỹ thuật cơ bản cho học sinh phổ thông mà còn giúp học sinh yêu thích kỹ thuật, góp phần định hướng nghề nghiệp cho học sinh trong tương lai

1 Chiến lược phát triển giáo dục và đào tạo trong thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước của Đảng và Nhà Nước

- Trong chiến lược phát triển đất nước, Đảng và Nhà Nước ta luôn quan tâm đến chiến lược phát triển giáo dục Quan điểm chỉ đạo về phát triển giáo dục và đào tạo là chiến lược xuyên suốt, thể hiện ở nhiều Nghị quyết của

Đảng Trong Nghị quyết Hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá VII đã viết:

“Cùng với khoa học và công nghệ, giáo dục và đào tạo đã được Đại hội

VII xem là quốc sách hàng đầu Đó là một động lực thúc đẩy và là điều kiện cơ bản để thực hiện những mục tiêu kinh tế- xã hội, xây dựng và bảo vệ đất nước Phải coi đầu tư cho giáo dục là một trong những hướng chính của đầu tư phát triển, tạo điều kiện cho giáo dục đi trước và phục vụ đắc lực sự phát triển kinh tế - xã hội Huy động toàn xã hội làm giáo dục, động viên các tầng lớp

nhân dân góp sức xây dựng nền giáo dục quốc dân dưới sự quản lý của Nhà Nước” [59, tr 61]

Trong kết luận của Hội nghị lần thứ sáu Ban chấp hành Trung ương Đảng khoá IX cũng khẳng định: “Đổi mới nội dung, chương trình, phương pháp giáo dục theo hướng chuẩn hoá, hiện đại hoá, tăng cường giáo dục tư duy sáng tạo, năng lực tự học, tự tu dưỡng, tự tạo việc làm Tăng cường giáo dục hướng nghiệp, đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực của đất nước và các địa phương, vùng, miền.” [12, tr 210]

2 Lôgic phát triển của khoa học và công nghệ

Sự phát triển của khoa học và công nghệ luôn diễn ra một cách logic: đó

là sự phát triển có tính kế thừa của công nghệ trên những thành tựu của khoa học và tác động trở lại khoa học để phát triển tiếp tục ở mức độ cao hơn trước (Sơ đồ 0.1)

Môn học kỹ thuật ở phổ thông là môn học nhằm trang bị cho học sinh các kiến thức cơ bản về công nghệ và kỹ thuật, vì vậy cũng được xây dựng

trên cơ sở của các qui luật chung được rút ra từ các nghiên cứu ứng dụng trên cơ sở các thành tựu khoa học Do đó, để học sinh hiểu sâu và vận dụng được kiến thức kỹ thuật cần làm cho họ nắm được logic trên Đây là một yêu cầu cơ bản của việc dạy các môn khoa học ứng dụng

3 Tính hệ thống và tính liên môn trong nội dung dạy học ở phổ thông

Tính hệ thống: Đây là yêu cầu trong luật giáo dục, thể hiện ở điều 24, đòi hỏi kiến thức bắt buộc với học sinh trong nhà trường nhằm đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của đất nước [ 32, tr 18]

Tính liên môn giữa các môn học: Được cụ thể hoá trong Chiến lược phát triển giáo dục đến năm 2010 và trong tương lai của Đảng và Nhà Nước ta

Điều đó thể hiện yêu cầu cấp thiết khi giải quyết mâu thuẫn trong dạy học, đó là:

- Mâu thuẫn giữa khối lượng kiến thức ngày càng lớn với thời gian đào tạo không thay đổi

- Mâu thuẫn giữa kiến thức nhận được và khả năng vận dụng kiến thức một cách tổng hợp của học sinh trong đời sống và sản xuất

4 Thực tế dạy học môn học

Môn Kỹ thuật công nghiệp (KTCN) ở trung học phổ thông (theo cách gọi mới là môn Công nghệ) là môn học nhằm trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức kỹ thuật đại cương, những cơ sở khoa học của các giải pháp kỹ thuật – công nghệ trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, làm tiền đề cho các bậc học tiếp theo và vận dụng vào thực tiễn Qua khảo sát thực tế dạy học môn KTCN

ở phổ thông bằng điều tra, trao đổi với giáo viên và học sinh ở các trường phổ thông, cho thấy: mặc dù mục tiêu môn học được xác định rõ ràng nhưng nội dung và phương pháp dạy học của các bài dạy chưa thể hiện rõ sự khác nhau

cơ bản với các môn khoa học cơ bản, chẳng hạn như với môn Vật lý Nhiều bài dạy kỹ thuật có nội dung trùng lặp với các bài dạy vật lý, nhiều giáo viên lúng túng trong việc khai thác các yếu tố kỹ thuật và công nghệ trong bài dạy, chưa phân định rõ những tiêu chí có tính chất đặc trưng của dạy học kỹ thuật

so với dạy các môn học cơ bản khác đặc biệt là với môn Vật lý Điều này làm

ảnh hưởng nhiều đến hứng thú học tập môn kỹ thuật của học sinh, sau khi học xong họ không phân biệt rõ thế nào là kiến thức kỹ thuật, thế nào là kiến thức vật lý, không thấy sự gắn bó chặt chẽ của kỹ thuật với đời sống của con người, dẫn đến không có tác động giáo dục hướng nghiệp cho học sinh trong tương lai

Hiện nay chưa có công trình nghiên cứu nào xây dựng lý luận để phân biệt dạy kỹ thuật khác với dạy vật lý, cũng như khai thác kiến thức vật lý trong bài dạy và học kỹ thuật Trong tương lai, mục đích và nội dung dạy học của môn Công nghệ THPT vẫn tương tự như môn KTCN hiện nay; vì vậy việc nghiên cứu phân tích nội dung, đặc diểm của hai môn học Vật lý và Kỹ thuật công nghiệp, từ đó cấu trúc lại các bài giảng KTCN trên cơ sở khai thác kiến thức vật lý cho đạt hiệu quả và phù hợp với yêu cầu dạy kỹ thuật là việc làm rất cần thiết Việc làm này ngay cả những nhà sư phạm ở các nước công nghiệp phát triển cũng xác định: “Tuy nhiên, thực tế là 2 lĩnh vực (KH và CN) này tồn tại riêng biệt nên chúng cần được phân biệt cẩn thận nếu chương trình giảng dạy gồm những hoạt động đại diện cho KH và CN một cách riêng rẽ” [68, tr 241]

Từ những lý do trên tác giả quyết định lựa chọn đề tài trên để nghiên cứu

II Mục đích nghiên cứu

Khai thác kiến thức cơ sở Vật lý trong dạy học KTCN nhằm đảm bảo sự liên môn, thể hiện đặc trưng của dạy học kỹ thuật; góp phần nâng cao hiệu quả dạy học KTCN lớp 12 THPT

III Khách thể và đối tượng NGHIÊN CứU

1 Đối tượng nghiên cứu

Phương pháp dạy học KTCN phổ thông trên cơ sở khai thác kiến thức VL nhằm nâng cao chất lượng bài dạy

2 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy học môn KTCN ở trường THPT trên cơ sở khai thác những

kiến thức cơ sở VL

3 Phạm vi nghiên cứu

Phương pháp dạy học môn KTCN ở THPT theo chương trình hiện hành

và những kiến thức VL phổ thông có liên quan, lấy ví dụ chương trình KTCN

lớp 12 THPT và các kiến thức VL liên quan để minh họa

IV Các nhiệm vụ của đề tài

1 Làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn của việc khai thác kiến thức VL trong dạy học KTCN ở phổ thông nhằm đổi mới phương pháp dạy học môn KTCN

2 Đề xuất tiêu chí của bài dạy kỹ thuật, xây dựng qui trình và các bước khai thác kiến thức vật lý trong quá trình thiết kế và tiến trình dạy bài dạy kỹ thuật công nghiệp

3 Thực nghiệm đánh giá các đề xuất trên

V Giả thuyết khoa học

Nếu xác định được những đặc trưng cơ bản cùng những tiêu chí của bài dạy kỹ thuật trên cơ sở khai thác kiến thức vật lý sẽ nâng cao được chất lượng các bài dạy KTCN ở trường phổ thông

VI Phương pháp nghiên cứu

1 Phương pháp phân tích, tổng hợp để xác định cơ sở lý luận của đề tài

2 Phương pháp điều tra và tổng kết kinh nghiệm: Điều tra thực tiễn việc dạy và học môn kỹ thuật công nghiệp ở THPT

3 Phương pháp quan sát: Quan sát và trao đổi kinh nghiệm

VIi Những đóng góp mới của luận áN

1 Đã chứng minh được việc khai thác kiến thức VL trong dạy học KTCN lớp 12 THPT làm cho bài dạy mang tính hệ thống, kế thừa, hỗ trợ cho quá trình nhận thức của học sinh; tiết kiệm thời gian củng cố và hệ thống hoá trong mỗi bài

2 Trên cơ sở khai thác kiến thức VL, luận án đã chỉ ra được những đặc trưng của các bài dạy KTCN: đó là các giải pháp, ứng dụng cụ thể của nội dung bài học theo ý tưởng sáng chế, cải tiến công nghệ mang lại hiệu quả thực tiễn

3 Đề xuất được những tiêu chí cơ bản của bài dạy kỹ thuật công nghiệp cho học sinh THPT và qui trình khai thác kiến thức VL cho bài dạy kỹ thuật,

từ đó cấu trúc các bài giảng theo các tiêu chí đã được xây dựng cho môn kỹ thuật công nghiệp lớp 12 THPT

4 Từ kết quả nghiên cứu, luận án đã đề xuất những kiến nghị về đào tạo giáo viên, biên soạn chương trình và SGK theo hướng nghiên cứu của đề tài góp phần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn

VIII Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận án được cấu trúc gồm 3 chương: Chương I: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc khai thác kiến thức vật lý trong dạy học KTCN

Chương II: Khai thác kiến thức vật lý trong dạy học KTCN lớp 12 THPT Chương III: Thực nghiệm sư phạm

Chương 1 Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc khai thác kiến thức vật lý trong dạy học KTCN

1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu vấn đề

1.1.1 Tổng quan về mối liên hệ giữa Vật lý và Kỹ thuật

1.1.1.1 Các khái niệm về Khoa học và Công nghệ

- Khoa học

Khoa học là một khái niệm có nội hàm rộng và phức tạp, tuỳ theo cách tiếp cận, có thể phân tích nó theo nhiều khía cạnh khác nhau Tuy nhiên, ở mức độ chung nhất, khoa học được hiểu là một hình thái ý thức của xã hội loài người Khoa học gắn chặt với đời sống phát triển của xã hội, là cơ sở cho mọi

sự tiến bộ, là động lực thúc đẩy sự phát triển xã hội Con người luôn luôn tìm tòi khám phá các đối tượng xung quanh, tư duy của con người không có giới hạn trong nhận thức Do vậy, khoa học không ngừng tiếp cận chân lý, luôn tìm cách khám phá các đối tượng một cách toàn diện, sâu sắc và tạo ra hệ thống tri thức ngày càng chính xác và đầy đủ hơn

Khái niệm khoa học được hiểu như sau:

“Khoa học là hệ thống tri thức về tự nhiên, về xã hội và tư duy, về những quy luật phát triển khách quan của tự nhiên, xã hội và tư duy, hệ thống tri thức này được hình thành trong lịch sử và không ngừng phát triển trên cơ sở thực tiễn xã hội.” [ 67, tr 2668- volume 2 ]

Đối tượng của khoa học là những hình thức tồn tại khác nhau của vật chất đang vận động và cả những hình thức phản ánh chúng vào ý thức con

người Nghĩa là đối tượng của khoa học là thế giới khách quan và cả những phương pháp nhận thức thế giới khách quan đó

Nội dung của khoa học gồm:

+ Những dữ liệu có được về thế giới do quan sát, điều tra, thí nghiệm + Những nguyên lý được rút ra từ những khái niệm bằng tư duy lý luận + Những phương pháp nhận thức và sáng tạo

+ Những quy trình vận dụng lý thuyết khoa học vào sản xuất và đời sống xã hội

Theo phân loại của UNESCO có thể chia khoa học thành 5 lĩnh vực chính:

1 Khoa học tự nhiên và khoa học chính xác

Công nghệ (hay các qui trình công nghệ) cũng chính là các công đoạn khai thác, xử lý, gia công, vận chuyển, đóng vào kho và bảo quản, đó là các thành phần cơ bản của quá trình sản xuất ” [ 67, tr 3248 – Volume 2]

Có thể nhận ra rằng trong những thời kỳ đầu tiên của công nghiệp, thuật ngữ “kỹ thuật” được coi là các giải pháp thực hiện một loại công việc hay công cụ sử dụng trong sản xuất

Ngày nay cùng với sự phát triển của thế giới hiện đại, khái niệm “công nghệ” được hiểu theo nghĩa rộng và bao quát hơn nhiều

Theo quan niệm mà Trung tâm chuyển giao công nghệ châu á và Thái Bình Dương thì công nghệ sản xuất là tất cả những gì liên quan đến việc biến

đổi tài nguyên ở đầu vào thành hàng hoá đầu ra của quá trình sản xuất Cụ thể công nghệ gồm:

- Phần kỹ thuật: Hệ thống máy móc, thiết bị của dây chuyền sản xuất

- Phần thông tin: Các tài liệu hướng dẫn qui trình công nghệ

- Phần con người: Trình độ tay nghề của người lao động

- Phần tổ chức: Trình độ tổ chức quản lý, điều hành của ban quản lý xí nghiệp, công ty

Từ công nghệ ở đây dùng với nghĩa của công nghệ sản xuất chỉ bao gồm hai phần: Phần kỹ thuật hay còn gọi là phần cứng (Hard Ware) và phần thông tin còn được gọi là phần mềm (Software)

Vậy Công nghệ là hệ thống thiết bị kỹ thuật và thông tin về qui trình và giải pháp sản xuất được áp dụng trong quá trình chế biến tài nguyên thành sản phẩm hàng hóa và dịch vụ Về bản chất, công nghệ là kết quả của quá trình áp dụng những tri thức và phát minh khoa học vào sản xuất, là sản phẩm của lao

động trí tuệ và óc sáng tạo của con người Khái niệm công nghệ còn được sử dụng trong các lĩnh vực khác của cuộc sống con người không chỉ trong sản

xuất mà còn trong các hoạt động xã hội như: công nghệ giáo dục, công nghệ quản lý nhưng nói chung công nghệ vẫn luôn gắn chặt với nền sản xuất công nghiệp

Các khái niệm và định nghĩa chỉ ra ở trên cho thấy, cùng với sự phát triển của xã hội loài người đã có sự phân lập và tích hợp của các khái niệm kỹ thuật

và công nghệ với khái niệm khoa học và mục đích nghiên cứu của chúng Đó

là nghiên cứu nhằm mục đích hiểu biết của khoa học và nghiên cứu nhằm mục

đích ứng dụng của kỹ thuật và công nghệ

1.1.1.2 Sự phát triển của khoa học và công nghệ

Lịch sử phát triển của xã hội loài người gắn chặt với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật

- ở thời kỳ cổ đại, con người bước ra khỏi thế giới động vật do đã biết sử dụng công cụ lao động mặc dù hết sức sơ khai, chỉ là cành cây hoặc hòn đá Mặc dù chưa hiểu gì về khoa học tự nhiên và các hiện tượng vật lý, con người

đã gắn cho tự nhiên và các hiện tượng vật lý tính linh thiêng và các loại thần linh nhưng vẫn biết rằng hòn đá nếu mài nhọn sẽ sắc bén hơn trong việc chặt cây, săn thú

- Thời trung cổ, mặc dù chưa biết về các định luật vật lý nhưng bằng cách

đúc rút kinh nghiệm từ các hiện tượng đơn lẻ lặp đi lặp lại, dần dần con người phát hiện ra những cách làm để công việc đỡ nặng nhọc hơn Chẳng hạn, họ phát hiện ra rằng nếu kéo các vật nặng trên các con lăn thì công việc sẽ dễ dàng hơn nhiều Công cụ kỹ thuật khi đó chỉ đơn giản là dây kéo và các con lăn Hay mặc dù chưa biết gì về các phương trình tác động của lực, song con người vẫn biết lợi dụng gió cho thuyền chạy, sức nước để giã gạo, lấy nước Như vậy, trong thời kỳ đầu kỹ thuật phát triển trước, khoa học chỉ nhằm giải thích các quá trình, hiện tượng kỹ thuật, vì vậy thời kỳ này kỹ thuật và khoa học đều phát triển chậm

- Thời kỳ cận đại và hiện đại: Xã hội loài người chỉ thực sự phát triển vào cuối thế kỷ 18 với việc sáng chế ra máy hơi nước và các máy móc công nghiệp khác nhờ sử dụng những thành tựu khoa học và kỹ thuật ở châu Âu [10] Khi mối quan hệ tác động qua lại giữa khoa học tự nhiên và kỹ thuật- công nghệ đủ sâu sắc đã dẫn đến bùng nổ sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ Sự phát triển mạnh mẽ này được bắt đầu từ cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20 đến nay

Như vậy, trong sự phát triển của khoa học và kỹ thuật, khi xã hội loài người đã tiến bộ đến mức cao thì khoa học đóng vai trò mở đường Nếu như trong thời kỳ đầu của xã hội loài người, kỹ thuật thuần tuý chỉ có do kinh nghiệm và vận dụng các nguyên tắc, định luật của tự nhiên một cách sơ khai thì ngày nay có thể thấy ngay ứng dụng của các phát minh khoa học trên cơ sở những thành tựu về công nghệ

Điều này có thể minh chứng rằng bằng sự ra đời của thuyết tương đối của nhà bác học Đức Einstein (1879-1955) ở đầu thế kỷ 20 với hệ thức nổi tiếng:

E = m.c2

Khi đó mặc dù người ta đã tiên đoán rằng: sự khám phá ra các phản ứng hạt nhân đã mở ra một thòi kỳ mới cho ngành công nghiệp năng lượng Tuy nhiên việc sử dụng năng lượng mới (năng lượng nguyên tử) trong công nghiệp năng lượng phụ thuộc vào sự phát triển của công nghệ, nếu không tất cả chỉ là

ý tưởng Việc sử dụng năng lượng nguyên tử phụ thuộc nhiều vào công nghệ,

kỹ thuật và con người

Tia Laser được phát minh từ những năm 50 của thế kỷ XX Ngày nay các ứng dụng của Laser đã trở nên phổ biến kể cả trong lĩnh vực dân dụng Tuy nhiên cũng cần lưu ý rằng một số ý tưởng sử dụng Laser như tạo các chùm tia công suất lớn đến nay vẫn chưa thực hiện được do kỹ thuật và công nghệ hiện nay chưa có khả năng thực hiện

Ngược lại sự phát triển của công nghệ và kỹ thuật lại thúc đẩy khoa học phát triển, chẳng hạn nhờ sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ hiện đại mà ngành thiên văn có khả năng vươn xa hơn, có thêm điều kiện kiểm chứng những giả thuyết khoa học về vũ trụ

1.1.1.3 Mối quan hệ giữa khoa học – công nghệ

- Khoa học (KH) và Công nghệ (CN) có mối quan hệ chặt chẽ, tuy nhiên chúng khác biệt cả về nội dung và mục đích nghiên cứu Một cách phân biệt

KH và CN là đánh giá những đặc trưng của chúng Sau đây là một cách đánh giá (bảng 1.1):

Các quá trình KH chính

Khám phá [chủ yếu bởi thí nghiệm

(thực nghiệm) có điều khiển]

Phân tích, tổng quát hóa và tạo ra các

lý thuyết

Lý thuyết cho rằng tất cả các hệ

thống phức tạp có thể hoàn toàn hiểu

được dựa vào các thành phần của

Tạo ra những tuyên bố/kết luận

khách quan

Sự tìm kiếm và lý thuyết hóa về

nguyên nhân (ví dụ nh− lý thuyết về

định hoặc cải thiện những lý thuyết

hoặc dữ liệu của giả thuyết

Hoạt động luôn luôn tính đến giá trị

Sự tìm kiếm và lý thuyết hóa về những quá trình mới (ví dụ, lý thuyết

về điều khiển, thông tin, mạch) Theo đuổi mô hình hóa một cách chính xác đủ để đạt đ−ợc thành công

Đ−a ra những quyết định tốt dựa trên dữ liệu không đầy đủ và những mô hình xấp xỉ

Kĩ năng thiết kế, xây dựng, đánh giá, lên kế hoạch, đảm bảo chất l−ợng, giải quyết vấn đề, ra quyết định, giao tiếp

cảnh cụ thể, và sẽ không dành nhiều thời gian ngẫm nghĩ về nguồn gốc của

KH và CN Tuy nhiên, thực tế là 2 lĩnh vực này tồn tại riêng biệt nên chúng cần được phân biệt cẩn thận nếu chương trình giảng dạy gồm những hoạt động

đại diện cho KH và CN một cách riêng rẽ [68, tr 241]

Như vậy, khoa học và công nghệ mặc dù khác nhau cả về mục đích và quá trình, song chúng liên quan chặt chẽ với nhau, tác động qua lại để cùng phát triển

Đối tượng của khoa học là những hình thức tồn tại khác nhau của vật chất đang vận động và cả những hình thức phản ánh chúng vào ý thức của con người Điều này cũng có nghĩa là đối tượng của khoa học là thế giới khách quan và cả những phương pháp nhận thức thế giới khách quan đó

Nghiên cứu khoa học, bắt nguồn từ lúc sơ khai ban đầu là nhu cầu đòi hỏi khám phá, tìm hiểu thế giới tự nhiên của con người và nhu cầu này cũng chỉ có ở xã hội loài người Sau đó là ý chí và sự khao khát chinh phục thế giới

tự nhiên, bắt thế giới tự nhiên phục vụ cho con người

Có thể kết luận: Những khám phá, tìm tòi, hiểu biết mới về thế giới tự nhiên chính là những phát minh của xã hội loài người hay nói cách khác thành tựu của khoa học chính là các phát minh

Động lực của công nghệ là nhu cầu thực tiễn của cuộc sống con người Nhu cầu thực tiễn gợi ý cho mọi đề tài và đồng thời là mục tiêu phải giải quyết của công nghệ Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trong đời sống của mình, từ việc vận dụng những hiểu biết của mình để giải quyết những vấn đề đặt ra, bằng kinh nghiệm và sự sáng tạo, con người đã chế tạo ra các công cụ hỗ trợ

và thay thế cho sức lực của chính bản thân Chẳng hạn, để thay thế cho sức chèo của con người cho thuyền chuyển động, con người đã nghĩ ra cách lợi dụng sức gió Bước tiếp theo là các cách chế tạo (kỹ thuật) cánh buồm sao cho

có hình dáng hợp lý, các thao tác (kỹ năng) vận hành buồm Các kỹ thuật và

thao tác này lúc đầu được rút ra từ kinh nghiệm, đặc biệt từ các thuỷ thủ lão luyện trên các đại dương mênh mông, phản hồi lại cho các chủ xưởng đóng tàu (các nhà kỹ thuật) Các nhà kỹ thuật cải tiến sản phẩm của mình đồng thời hướng dẫn cách sử dụng chúng Công nghệ và chuyển giao công nghệ (một cách sơ khai) ra đời

Sau này khi khoa học càng ngày càng phát triển, đòi hỏi tư duy và các phép kiểm chứng chính xác cộng với sự phát triển của xã hội loài người thúc

đẩy kỹ thuật và công nghệ phát triển nhằm:

- Đáp ứng những đòi hỏi ngày càng cao của con người bằng cách vận dụng những thành tựu của khoa học và công nghệ

- Đáp ứng những nhu cầu cao hơn về hiểu biết của con người với thế giới

tự nhiên và những nhu cầu phi vật chất của con người (sự tác động trở lại khoa học)

Có thể kết luận: Những tìm tòi, cải tiến chế tạo những thiết bị, máy móc mới phục vụ con người là những sáng chế hay thành tựu của công nghệ là những sáng chế, cải tiến kỹ thuật- công nghệ

Mục đích của khoa học là tìm hiểu thế giới vì vậy thế giới khách quan sẽ kiểm chứng tính đúng đắn của các phát minh khoa học

Mục đích của công nghệ là sáng chế để phục vụ con người vì vậy thực tế sản xuất và đời sống sẽ kiểm chứng tính hiệu quả của sáng chế

Các định luật của thế giới khách quan chỉ có một đáp số duy nhất vì vậy chỉ có một lý thuyết khoa học là đúng; còn thực tế đời sống con người rất phong phú vì vậy có thể có vô số những giải pháp, sáng chế khác nhau để giải cùng một bài toán đặt ra Tuy vậy, khoa học luôn luôn đóng vai trò cơ sở của công nghệ, ngược lại công nghệ tạo điều kiện và thúc đẩy khoa học phát triển, hoạt động sáng chế về công nghệ thực sự là hoạt động sáng tạo

1.1.1.4 Mối quan hệ giữa Vật lý và Kỹ thuật

Các khái niệm:

- Vật lý

“Vật lý là môn khoa học tư nhiên nghiên cứu những qui luật đơn giản và chung nhất của các hiện tượng tự nhiên, nghiên cứu những tính chất và cấu tạo vật chất, những định luật chuyển động của nó Vì vậy những khái niệm vật lý

và các qui luật của nó là cơ sở của toàn bộ khoa học tự nhiên Vật lý là khoa học chính xác và nó nghiên cứu những qui luật định lượng của các hiện tượng” [69, tr 337 – Quyển 27]

Về bản chất Vật lý là khoa học thực nghiệm, các định luật của nó dựa trên các kết quả nhận được bằng con đường thực nghiệm hoặc được kiểm chứng bằng thực nghiệm

Nhiệm vụ chính của kỹ thuật là sự thay thế một phần hoặc toàn bộ nền sản xuất, chức năng của con người nhằm mục đích làm giảm nhẹ công việc và tăng năng suất lao động Kỹ thuật cho phép trên cơ sở hiểu biết các quy luật tự nhiên, nâng cao đáng kể hiệu suất các nỗ lực lao động của con người, mở rộng khả năng của con người trong quá trình hoạt động, lao động sản xuất một cách hợp lý Nhờ kỹ thuật, con người sử dụng hợp lý tài nguyên, khai thác khoáng sản, đại dương, khí quyển và khoảng không vũ trụ Không hiếm khi kỹ thuật

được áp dụng để đặc trưng một cách tổng thể các kỹ năng và thủ pháp được sử dụng trong công việc, trong nghệ thuật (thí dụ kỹ thuật nhảy múa, kỹ thuật chơi đàn Piano )” [ 67, tr 3248- volume 2]

Như vậy ngay trong định nghĩa này đã có mối liên hệ chặt chẽ giữa kỹ thuật và khoa học qua câu: “Kỹ thuật cho phép trên cơ sở hiểu biết các qui luật tự nhiên” điều đó có nghĩa rằng kỹ thuật thực ra là các công cụ sản xuất

và phi sản xuất ứng dụng các thành tựu của khoa học tự nhiên

Cùng với sự phát triển của sản xuất và việc tạo ra các công cụ lao động mới, con người không phải thực hiện những công việc sản xuất nặng nhọc, những chức năng liên quan đến lao động chân tay và lao động trí óc

Theo từ điển Bách khoa Việt Nam: “Kỹ thuật là kinh nghiệm, kỹ năng, các thao tác, các cơ cấu, các máy móc, các hệ thống, các phương pháp và phương tiện quản lý, khai thác, bảo vệ, xử lý vật chất, năng lượng và thông tin,

được xây dựng nhằm mục đích sản xuất và phục vụ các nhu cầu trực tiếp của xã hội Kỹ thuật còn bao hàm tất cả những kỹ năng, kỹ xảo, kinh nghiệm của một dạng hoạt động bất kỳ như kỹ thuật múa, ca hát, viết văn, hội hoạ, thể dục, thể thao và kỹ thuật sản xuất ” [23, tr 550]

Việc phân loại tổng quát kỹ thuật chưa được đặt ra rõ ràng Thường người ta phân loại theo cấu trúc ngành nghề hay lĩnh vực như: kỹ thuật công nghiệp, kỹ thuật nông nghiệp, kỹ thuật tính toán, kỹ thuật điều khiển tự động Khi xã hội loài người phát triển, khoa học- đặc biệt là vật lý trở thành cơ

sở khoa học cho những ý tưởng sáng tạo tạo nên những sáng chế nhằm mục

đích phục vụ con người, các chuyên ngành vật lý trở thành cơ sở cho các ngành nghề kỹ thuật rất khác nhau Khi tiến bộ kỹ thuật phát triển rất cao, các dạng máy móc, thiết bị trở thành sản phẩm ứng dụng tất cả những thành tựu của vật lý và kỹ thuật hiện đại Bảng 1.2 [48] mô tả điều đó, lưu ý rằng sự

phân chia các ứng dụng này hiện nay chỉ là tương đối do khoa học và kỹ thuật ngày nay đã phát triển rất cao

Bảng 1.2:

Vật lý Xu hướng

tiến bộ kỹ thuật

Dạng sản xuất máy móc

Điện học Điện kỹ thuật

điện năng

Mạch dao động, phát và thu âm, thu hình ảnh thông tin liên lạc, định vị, tải

Dụng cụ quang học, máy quang phổ

Đồng vị phóng xạ, phản ứng hạt nhân và nhiệt hạt nhân

Ngược lại, khi xã hội phát triển nhờ những thành tựu của kỹ thuật và công nghệ, kỹ thuật tác động một cách tích cực trở lại vật lý bằng cách cung cấp những phương tiện hiện đại hơn, độ chính xác cao hơn cho vật lý Khi đó, vật lý có khả năng tìm kiếm những phát minh mới, hoặc nghiệm lại những giả thuyết của mình mà trước đó chưa có đủ khả năng thực hiện

Có thể khẳng định:

- Vật lý và Kỹ thuật có mục đích và đối tượng nghiên cứu khác nhau nhưng có vùng giao nhau

- Vật lý là cơ sở trực tiếp nhất của Kỹ thuật

- Ngược lại, Kỹ thuật là điều kiện thúc đẩy Vật lý phát triển

1.1.2 Tổng quan về việc khai thác kiến thức Vật lý trong dạy học Kỹ thuật

1.1.2.1 Trong việc xác định mục tiêu, xây dựng chương trình dạy học

Mục tiêu, chương trình dạy học và đào tạo của nước ta được xây dựng dựa trên các quan điểm sau:

- Tính hệ thống:

+ Hệ thống là tập hợp những yếu tố, những bộ phận có mối liên hệ qua

lại với nhau và tạo thành một chỉnh thể nhất định

+ Tính hệ thống trong giáo dục và dạy học: là nguyên tắc cơ bản của giáo

dục đòi hỏi phải đảm bảo cung cấp tri thức khoa học theo một trình tự lôgíc chặt chẽ và rèn luyện các kỹ năng kỹ xảo một cách tuần tự Bản thân khoa học bao giờ cũng là một hệ thống những sự kiện, những khái niệm khoa học, những định luật và học thuyết; trong đó phản ánh một lĩnh vực nhất định của thế giới khách quan và những quy luật phát triển của nó, cho nên sẽ không thể nắm vững được khoa học nếu như không nghiên cứu, tiếp thu tri thức khoa học trong hệ thống của nó Tính hệ thống thể hiện trong việc trình bày nội dung kiến thức theo một trình tự chặt chẽ, khái niệm và nguyên lý cho trước giúp cho sự phát triển khái niệm và nguyên lý học sau, điều nêu ra sau được suy ra

từ điều cho trước, tất cả đều có quan hệ khăng khít với nhau tạo nên một chỉnh thể thống nhất của từng lĩnh vực khoa học Tính hệ thống cũng còn được thực hiện trong những bài giảng, lời giải thích mạch lạc của giáo viên, trong tổ hợp các bài tập, bài làm tuần tự đặt ra cho học sinh

- Tính kế thừa:

Là nguyên tắc cơ bản của dạy học bảo đảm sự tiếp nối, thừa hưởng các phần nội dung của môn học giữa các giai đoạn triển khai thực hiện chương trình theo kế hoạch Tính kế thừa đòi hỏi trước hết phải phân bố các phần nội dung kiến thức theo trình tự sao cho phần sau gắn kết hữu cơ với phần trước và

được đi sâu, mở rộng dần; đồng thời còn đòi hỏi sắp xếp lại các nội dung kiến thức sao cho phù hợp với quy luật của quá trình lĩnh hội chứ không được chuyển một cách nguyên xi nội dung của cả một lĩnh vực khoa học vào giảng dạy Có nghĩa là nội dung tri thức không chỉ được phân bố theo đường thẳng,

mà còn phải theo các vòng đồng tâm xoáy trôn ốc nữa Nguyên tắc kế thừa không chỉ áp dụng đối với các phần nội dung trong một môn học, mà còn bao quát cả các mối quan hệ giữa các bộ môn với nhau, bởi vì giữa các đối tượng nghiên cứu của các ngành khoa học vốn đã có những mối liên hệ thực tế, khách quan với nhau rồi Tính kế thừa khắc phục được tình trạng lĩnh hội kiến thức một cách phân tán, tản mạn, không gắn kết chặt chẽ với nhau, đồng thời còn giúp cho khi học phần này đã nhìn thấy triển vọng tiếp nối sẽ đi sâu và mở rộng ở phần sau, khiến cho các kiến thức được tích luỹ dần dần được sắp xếp thành hệ thống hoàn chỉnh

- Tính liên thông giữa các môn học:

+ Liên môn: bộ phận nội dung giáo dục có quan hệ với nhiều bộ môn, bao gồm những vấn đề giáp ranh giữa các môn học, đòi hỏi phải có cách tiếp cận tổng hợp từ nhiều bộ môn mới làm sáng tỏ được bản chất của sự vật Trong trường phổ thông chưa có các chương trình liên môn như hoá - sinh, hoá - lý, toán – cơ, kinh tế – chính trị nhưng đã có những yếu tố thuộc nhiều liên môn kể trên, do đó đang hình thành xu thế tích hợp nhiều môn học

để sớm hình thành được một số khái niệm khoa học phức tạp, đồng thời tiết kiệm được thời gian dạy học so với việc dạy học các môn riêng rẽ, tách rời nhau [20, tr 242]

+ Liên thông giữa các môn học: Mối quan hệ giữa các môn học về nội dung kiến thức và kỹ năng cho phép các môn học thừa kế được kết quả dạy học của nhau, bổ sung và hỗ trợ cho nhau, tránh được những nội dung trùng lặp, không gây cản trở, ách tắc các nguồn thông tin (kiến thức) trong quá trình giảng dạy và học tập Muốn đảm bảo được tính liên thông giữa các môn học thì công tác biên soạn các chương trình và sách giáo khoa phải được sự chỉ

đạo thông suốt, nhất quán và sát sao ngay từ đầu, để người dạy và người học không phải mất công sức đi tìm sự liên thông ấy trong quá trình dạy học hàng ngày [20, tr 242]

Môn Vật lý ở phổ thông nghiên cứu các hình thức vận động cơ bản nhất của vật chất nên nhiều kiến thức vật lý có liên quan chặt chẽ với các vấn đề cơ bản của triết học, tạo điều kiện phát triển thế giới quan khoa học ở học sinh Vật lý học là cơ sở lý thuyết của việc chế tạo máy móc, thiết bị dùng trong đời sống và sản xuất [47] Vật lý học là môn học thuộc khối kiến thức cơ bản và là khoa học thực nghiệm

Môn Kỹ thuật ở phổ thông nhằm trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức kỹ thuật đại cương, những cơ sở khoa học của các giải pháp kỹ thuật–công nghệ trong lĩnh vực sản xuất công nghiệp, làm tiền đề cho các bậc học tiếp theo và vận dụng vào thực tiễn Đồng thời hình thành cho học sinh một số

kỹ năng cơ sở, phổ biến trong sản xuất công nghiệp [9] Kỹ thuật thuộc khối kiến thức chuyên môn, ứng dụng

Theo các quan điểm này, việc xây dựng mục tiêu và chương trình dạy học môn Kỹ thuật nhằm tránh trùng lặp, kiến thức thừa, chồng chéo, tiết kiệm thời gian đào tạo

1.1.2.2 Trong dạy học các môn Vật lý và Kỹ thuật

- Dạy học Vật lý ở trường phổ thông nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức phổ thông, cơ bản, hiện đại, có hệ thống, bao gồm: Các khái niệm

vật lý; các định luật vật lý cơ bản; nội dung chính của các thuyết vật lý; các ứng dụng quan trọng nhất của vật lý trong đời sống và trong sản xuất; các phương pháp nhận thức phổ biến dùng trong vật lý góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp và hướng nghiệp cho học sinh [47]

- Dạy học Kỹ thuật ở trường phổ thông nhằm trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản, hiện đại, phù hợp với thực tiễn sản xuất công nghiệp, bao gồm: Những khái niệm kỹ thuật; các dạng vật liệu, năng lượng; thông tin

và xử lý thông tin; các thiết bị kỹ thuật và việc sử dụng chúng; những nguyên

lý kỹ thuật, các qui trình kỹ thuật–công nghệ; những hiểu biết chung về an toàn lao động, hình thành và rèn luyện cho học sinh những kỹ năng kỹ thuật [9]

Như vậy, dạy học môn Vật lý nhằm cung cấp những tri thức cơ bản, hiện

đại mang tính khái quát, thể hiện những qui luật chung (phát minh) trong

đó các thí nghiệm vật lý ở phổ thông là các thí nghiệm “phát minh lại”; sau đó

có thể dạy ngay phần ứng dụng thể hiện trong môn Vật lý kỹ thuật Trong dạy học môn Kỹ thuật, thường bắt đầu từ những cơ sở khoa học của các nguyên tắc kỹ thuật, đề xuất các giải pháp kỹ thuật (sáng chế), đề xuất các phương án

có thể, lựa chọn và thực hiện phương án cụ thể (hay tối ưu)

Việc nghiên cứu khai thác kiến thức Vật lý trong dạy học môn KTCN chưa được tác giả nào nghiên cứu một cách cặn kẽ và cụ thể; các tác giả nghiên cứu chủ yếu về phương pháp giảng dạy Vật lý hoặc nghiên cứu về tính ứng dụng của Vật lý vào sản xuất và đời sống Khi viết về nguyên tắc kỹ thuật tổng hợp của phương pháp giảng dạy Vật lý, A.T.Glazunov viết: Không chỉ vật lý là nền tảng của kỹ thuật, mà kỹ thuật cũng thúc đẩy những nghiên cứu khoa học, thực hiện công nghiệp hoá khoa học vật lý, tạo ra những phương tiện kỹ thuật mới để nghiên cứu vật lý và thực nghiệm Như vậy mối liên hệ hai chiều của vật lý và kỹ thuật là một hệ quả quan trọng của cuộc cách mạng

khoa học-kỹ thuật [48] Trong giáo trình phương pháp giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông, các tác giả của trường Đại học sư phạm Hà Nội cũng viết:

“ Trong phạm vi của vật lý học, ta chỉ chú ý những hiện tượng vật lý chủ yếu xảy ra khi vận hành các thiết bị, máy móc, mà không chú ý nhiều đến những chi tiết, những giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao hiệu quả của thiết bị, máy móc Thí dụ như: khi dạy học về máy phát điện xoay chiều, ta tập trung chú ý vào cách tạo ra dòng điện xoay chiều và lấy được dòng điện trong khung ra ngoài để sử dụng, mà không đi sâu vào hình dạng, vật liệu, kích thước của roto và stato, của dây dẫn cuốn trong đó” [47, tr 83]

Đề cập đến vấn đề này, các tác giả của cuốn sách trên cũng viết: “Như vậy, việc ứng dụng một kiến thức vật lý vào kỹ thuật không phải đơn thuần chỉ

là vận dụng một định luật vật lý, mà thực sự là một hoạt động sáng tạo.” [47,

tr 83]

Điều đó có nghĩa: Dạy kỹ thuật không đơn giản là dạy ứng dụng kiến thức vật lý hay đơn thuần là dạy kiến thức về các vật phẩm mà là dạy sáng tạo vật phẩm, thiết bị phục vụ cho con người vì vậy cũng phải có cách tiến hành riêng cho nó thì mới đạt hiệu quả giáo dục Nhìn chung những nghiên cứu về những mối liên hệ giữa vật lý và kỹ thuật, khai thác kiến thức vật lý với mục

đích sử dụng trong dạy học Kỹ thuật công nghiệp chưa được nghiên cứu đầy

đủ Chính vì vậy, việc nghiên cứu mối quan hệ này trong dạy học Kỹ thuật công nghiệp trong hoàn cảnh hiện nay càng hết sức cần thiết

1.2 Cơ sở lý luận của việc khai thác kiến thức vật lý trong dạy học ktcn lớp 12 thpt

1.2.1 Một số khái niệm

1.2.1.1 Mối liên hệ giữa Vật lý và Kỹ thuật trong dạy học

Dưới góc độ dạy học, có thể coi mối liên hệ giữa vật lý và kỹ thuật như sau:

- Là sự tác động qua lại và ảnh hưởng lẫn nhau giữa các lĩnh vực và nội dung học tập để kiến thức của người học được tạo thành hệ thống vững chắc Mặc dù, mục đích của dạy Vật lý và Kỹ thuật rất khác nhau, Vật lý nhằm để xây dựng tri thức (hiểu biết), Kỹ thuật nhằm để chế tạo các thiết bị, sự vật Tuy nhiên, chính trong quá trình thực hiện các mục đích này mà kiến thức của học sinh được tạo thành một hệ thống tương đối hoàn chỉnh

Ví dụ: Khi học bài Máy biến thế, bài dạy học của môn Vật lý nhằm trang bị cho học sinh kiến thức về các quá trình vật lý trong máy biến thế trên cơ sở hiện tượng cảm ứng điện từ Còn bài dạy Máy biến thế (biến áp) của môn Kỹ thuật trang bị cho học sinh các kiến thức kỹ thuật như cấu trúc của máy, vật liệu để chế tạo, các giải pháp để chế tạo, đặc tính và các thông số kỹ thuật, cách sử dụng và bảo dưỡng Thấy rằng: Cơ sở khoa học của bài dạy kỹ thuật chính là kiến thức vật lý, nhưng kiến thức kỹ thuật thực sự là những sáng chế của con người

- Là logic phát triển của nội dung học tập của học sinh từ hiểu biết đến vận dụng Chẳng hạn, khi học sinh học môn VL, học sinh đã có kỹ năng sử dụng những dụng cụ vật lý, đăc biệt là các dụng cụ đo lường, kỹ năng lắp ráp thiết bị để thực hiện các thí nghiệm vật lý Những kỹ năng này sẽ giúp học sinh nhanh chóng làm quen với việc với việc sử dụng thiết bị kỹ thuật, tạo điều kiện hình thành nhanh chóng các kỹ năng, kỹ xảo kỹ thuật

1.2.1.2 Khai thác kiến thức Vật lý trong dạy học Kỹ thuật

Qua phân tích mối liên hệ giữa vật lý và kỹ thuật, vận dụng các quan

điểm nêu trên, có thể xác định: Dạy kỹ thuật ở phổ thông là thể hiện sự liên thông giữa Vật lý và Kỹ thuật Từ khái niệm liên thông giữa các môn học, có thể hiểu liên thông giữa hai môn học Vật lý và Kỹ thuật như sau:

Mối quan hệ giữa Vật lý và Kỹ thuật công nghiệp về nội dung kiến thức và kỹ năng cho phép môn học Kỹ thuật công nghiệp thừa kế được kết

quả dạy học của môn Vật lý, bổ sung và hỗ trợ cho nhau, tránh được những nội dung trùng lặp, tạo điều kiện khai thác kiến thức kỹ thuật – công nghệ trong quá trình giảng dạy và học tập

Như vậy, việc khai thác mối liên hệ này chính là nhằm đảm bảo cho kiến thức vật lý và kiến thức kỹ thuật được đảm bảo liên môn, liên thông và trong chừng mực nào đó có thể tích hợp được với nhau theo các mạch kiến thức, các chủ đề và tình huống vận dụng Một nhược điểm học sinh hay mắc phải là mặc dù được học nhiều môn học khác nhau trong nhà trường nhưng khi xử lý tình huống phải sử dụng nhiều kiến thức, kỹ năng của nhiều môn học khác nhau thì thường lúng túng vì không biết kết nối các kiến thức với nhau Chẳng hạn, khi học về an toàn điện, học sinh thường không có khả năng phát hiện trong trường hợp cần thiết để tránh bị điện giật, cần sử dụng ngay những vật gì

để làm vật cách điện, trong khi đó những vật cách điện thông thường có rất nhiều quanh ta như: gỗ khô, dép cao su mà những kiến thức về vật cách điện loại này đã được học trong kiến thức vật lý Việc khai thác có hiệu quả mối quan hệ này sẽ giúp học sinh xử lý tốt hơn các tình huống kỹ thuật nếu xảy ra

1.2.1.3 Khai thác kiến thức cơ sở Vật lý trong dạy học KTCN lớp 12 THPT

Khai thác kiến thức vật lý trong dạy học KTCN lớp 12 nghĩa là làm cho mục đích, nội dung dạy học KTCN lớp 12 có cơ sở, có hệ thống; thể hiện được logic phát triển của nội dung dạy học theo hướng gắn lý thuyết với thực hành Việc khai thác kiến thức vật lý trong dạy học KTCN lớp 12 phải dựa trên cơ sở phân tích nội dung chương trình KTCN 12 từ đó xác định những kiến thức vật

lý có liên quan để khai thác kiến thức vật lý cho phù hợp Trên cơ sở đó, đi sâu vào nội dung kỹ thuật của bài dạy kỹ thuật để không những trang bị cho học sinh kiến thức kỹ thuật mà còn củng cố kiến thức vật lý cho học sinh, giúp cho học sinh có kiến thức một cách hệ thống

1.2.1.4 Hiệu quả dạy học môn KTCN 12 với sự khai thác kiến thức VL

Hiệu quả dạy học môn KTCN là sự đánh giá chất lượng dạy học môn học theo hướng khai thác kiến thức cơ sở Vật lý trong dạy học môn Kỹ thuật theo những điều đã trình bày ở trên nhằm tạo cho học sinh không những có kiến thức tổng hợp, vững chắc mà còn giúp học sinh có thế giới quan khoa học, phát triển tư duy và tư duy kỹ thuật Hiệu quả dạy học môn học kỹ thuật còn

được đánh giá ở khả năng vận dung kiến thức của học sinh vào thực tế đời sống hàng ngày khi sử dụng hiệu quả, an toàn và sửa chữa được những hỏng hóc thông thường những sản phẩm quen thuộc Hiệu quả dạy học môn học còn thể hiện ở sự hứng thú với môn học kỹ thuật, lòng ham thích sáng tạo kỹ thuật từ đó yêu thích làm nghề kỹ thuật trong tương lai

Hiệu quả dạy học môn học Kỹ thuật 12 thể hiện ở chỗ học sinh có kiến thức và kỹ năng, kỹ xảo về những thiết bị điện, điện tử thông thường, gần gũi trong đời sống, có hiểu biết về những nguyên lý vật lý trong thiết bị kỹ thuật Hiệu quả dạy học môn Kỹ thuật 12 còn thể hiện ở chỗ học sinh có khả năng

sử dụng và bảo dưỡng những thiết bị điện, điện tử thông thường một cách hợp

lý và đúng kỹ thuật

1.2.2 Cơ sở lý luận của việc khai thác kiến thức vật lý trong dạy học KTCN lớp 12 THPT

1.2.2.1 Dạy học và sự phát triển năng lực tư duy của học sinh

Quá trình dạy học phải hướng tới sự tiếp thu tri thức, hình thành và phát triển toàn diện của học sinh trong học tập, tính ham hiểu biết, khả năng tư duy

và sự sáng tạo, khả năng áp dụng kiến thức vào cuộc sống Theo Nguyễn Ngọc Quang, một trong những mục đích quả quá trình dạy học là : ‘‘ Làm cho học sinh phát triển những năng lực nhận thức và năng lực hành động trên cơ

sở của quá trình nắm vững tri thức’’ [ 40, tr 25] Trong nghiên cứu của mình,

M Crugliac cũng cho rằng : ‘‘ Sự phát triển tư duy của học sinh diễn ra trong quá trình tiếp thu tri thức và vận dụng tri thức’’ [1, tr 65]

Trong khuôn khổ của luận án này, phát triển năng lực tư duy cho học sinh chính là phát triển tư duy kỹ thuật trên cơ sở kiến thức vật lý và tư duy vật

lý

Tư duy vật lý có thể hiểu “là sự quan sát các hiện tượng vật lý, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những mối quan hệ và những sự phụ thuộc xác định, tìm ra mối liên hệ giữa mặt định tính và mặt định lượng của các hiện tượng và các đại lượng vật lý, dự

đoán các hệ quả mới từ các lý thuyết và áp dụng những kiến thức khái quát thu được vào thực tiễn [47, tr 117]

Tư duy kỹ thuật “là sự phản ánh khái quát các nguyên lý kỹ thuật, các quá trình kỹ thuật, các thiết bị kỹ thuật dưới dạng các mô hình và kết cấu kỹ thuật nhằm giải quyết những nhiệm vụ đặt ra trong thực tế sản xuất” [9, tr 30]

Như vậy, để phát triển năng lực tư duy cho học sinh trong dạy học vật lý cần các biện pháp như:

- Tạo nhu cầu hứng thú, kích thích tính tò mò, ham hiểu biết của học sinh

- Xây dựng một logic nội dung phù hợp với đối tượng học sinh

- Rèn luyện cho học sinh kỹ năng thực hiện các thao tác tư duy, những hành động nhận thức phổ biến trong học tập vật lý

- Tập dượt để học sinh giải quyết vấn đề nhận thức theo phương pháp nhận thức của vật lý

- Rèn luyện ngôn ngữ vật lý cho học sinh [47, tr 119]

Để phát triển tư duy kỹ thuật thông qua dạy học kỹ thuật ngoài những biện pháp như trên còn cần những biện pháp đặc thù của môn học như:

- Cung cấp cho học sinh các ngôn ngữ kỹ thuật, đặc biệt là các khái niệm

kỹ thuật Trên cơ sở đó tạo dựng và khắc sâu các biểu tượng về đối tượng mà khái niệm phản ánh

- Sử dụng hợp lý các phương tiện trực quan để tạo ra hình ảnh trực quan cảm tính, ấn tượng ban đầu, làm dữ liệu cho tư duy

- Tổ chức tốt quá trình dạy học thực hành, tham quan kỹ thuật để học sinh có điều kiện vận dụng và hoàn thiện lý thuyết, rèn luyện động tác vật chất qua đó củng cố thao tác trí tuệ

- Cấu trúc bài dạy phù hợp với logic nội dung kỹ thuật và logic của quá trình nhận thức

- Trong quá trình dạy học thường xuyên chú ý rèn luyện cho học sinh các thao tác cơ bản của tư duy như: phân tích – tổng hợp, qui nạp – diễn dịch,

so sánh, khái quát hoá qua việc giải các bài toán kỹ thuật

- Phát huy tính tích cực, chủ động, tư giác học tập của học sinh

- Sử dụng các phương pháp nghiên cứu kỹ thuật – công nghệ để bồi dưỡng phương pháp nhận thức cho học sinh [9, tr.36]

Đặc điểm của dạy học vật lý ở trường phổ thông là dạy khám phá, tìm hiểu và “phát minh lại”; còn dạy học kỹ thuật là dạy sáng tạo, cải tiến, “sáng chế lại” Những sáng chế kỹ thuật khác với phát minh vật lý ở chỗ là luôn gắn chặt với đời sống và phục vụ nhu cầu của con người Như vậy, mặc dù những biện pháp phát triển tư duy vật lý và tư duy kỹ thuật có khác nhau, nhưng trên cơ sở tư duy vật lý của học sinh phát triển, khi học bài học kỹ thuật, học sinh

sẽ thấy thích thú với những khái niệm, biểu tượng kỹ thuật mới từ đó phát triển tư duy kỹ thuật