Bài tập sáng tạo vật lý là bài tập mà giả thiết không có đầy đủ thông tin liên quan đến hiện tượng, quá trình vật lý; có những đại lượng vật lý ẩn giấu; điều kiện của bài toán không chứa
Trang 11
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
CHU THỊ THANH TÂM
V N DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRI ÂY D NG
VÀ S DỤNG BÀI T P SÁNG TẠO DẠY HỌC CHƯ NG
“CÁC ĐỊNH LU T BẢO TOÀN” LỚP 10 – TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC
NGHỆ AN NĂM 2012
Trang 22
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
CHU THỊ THANH TÂM
V N DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRI ÂY D NG
VÀ S DỤNG BÀI T P SÁNG TẠO DẠY HỌC CHƯ NG
“CÁC ĐỊNH LU T BẢO TOÀN” LỚP 10 – TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
Chuyên ngành: Lý luận và PPDH môn Vật lí
Mã số: 60.14.10
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC
Người hướng dẫn khoa học:
PGS TS PHẠM THỊ PHÖ
NGHỆ AN NĂM 2012
Trang 33
Lời cảm ơn
-
-
1
/
M N 25 5 2012
N
& PPD - K18
Trang 44
MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
1 Lí do chọn đề tài 1
2 Mục đích nghiên cứu 2
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3
4 Giả thuyết khoa học 3
5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3
6 Phương pháp nghiên cứu 4
7 Đóng góp của luận văn 4
8 Cấu trúc của luận văn 5
Chương 1 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO THEO PHƯƠNG PHÁP LUẬN SÁNG TẠO TRIZ 6
1.1 Tư duy, tư duy sáng tạo 6
1.1.1 Khái niệm tư duy 6
1.1.2 Tư duy sáng tạo 8
1.1.3 Các phẩm chất của tư duy sáng tạo 8
1.2 Năng lực sáng tạo 9
1.2.1 Khái niệm năng lực 9
1.2.2 Năng lực sáng tạo 10
1.2.3 Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của HS trong học tập 10
1.3 TRIZ và việc vận dụng các nguyên tắc của TRIZ vào dạy học Vật lí 12
1.3.1 Tìm hiểu TRIZ (Lý thuyết giải bài toán sáng chế) 12
1.3.2 Giới thiệu một số nguyên tắc sáng tạo vào dạy học Vật lí 14
1.4 Bài tập sáng tạo trong dạy học Vật lí .22
1.4.1 Bài tập sáng tạo ……… ………….22
1.4.2 Các dấu hiệu nhận biết bài tập sáng tạo Vật lí .23
1.4.3 Vận dụng các nguyên tắc của TRIZ xây dựng bài tập sáng tạo 25
Trang 55 1.4.4 Áp dụng các nguyên tắc của TRIZ hướng dẫn HS giải bài tập sáng
tạo 27
1.4.5 Các phương án sử dụng bài tập sáng tạo trong dạy học Vật lí 28
Chương 2 VẬN DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRIZ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” - VẬT LÝ 10 - TRUNG HỌC PHỔ THÔNG…………………… ……… ……31
2.1 Phân tích nội dung chương “Các định luật bảo toàn” 31
2.2 Thực trạng dạy học BTST ở một số trường THPT tại Thành phố Biên Hòa - Tỉnh Đồng Nai 33
2.2.1 Thực trạng xuất bản 33
2.2.2 Thực tế dạy học 34
2.3 Xây dựng và hướng dẫn giải BTST chương “Các định luật bảo toàn” 35
2.4 Sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học Vật lý ở trường THPT 62
2.4.1 Bài tập sáng tạo trong bài học bài tập Vật lý 62
2.4.2 Bài tập sáng tạo trong hoạt động ngoại khóa 68
2.4.3 Bài tập sáng tạo trong bồi dưỡng học sinh giỏi Vật lý 81
Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 91
3.1 Mục đích, nhiệm vụ TNSP 91
3.1.1 Mục đích TNSP 91
3.1.2 Nhiệm vụ TNSP 91
3.2 Đối tượng và phương pháp TNSP 91
3.2.1 Đối tượng TNSP 91
3.2.2 Phương pháp TNSP 92
3.3 Nội dung TNSP 92
3.3.1 Giáo án 1 92
3.3.2 Giáo án 2 93
3.3.3 Giáo án 3 95
Trang 66 3.4 Đánh giá kết quả TNSP 107 3.5 Kết quả TNSP 107 3.5.1 Kết quả định
tính 107
lƣợng 108
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 114 TÀI LIỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC
DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT
BTLT: Bài tập luyện tập BTST: Bài tập sáng tạo
Trang 7Dạy học vật lý ở trường phổ thông có bốn nhiệm vụ cụ thể: Một là:
cung cấp cho học sinh một hệ thống các kiến thức vật lý cơ bản, khoa học,
hiện đại và các kĩ năng kĩ xảo tương ứng Hai là: phát triển tư duy, bồi dưỡng
năng lực sáng tạo và khả năng tự học cũng như khả năng hoạt động độc lập ở
học sinh Ba là: góp phần giáo dục đạo đức cho học sinh Bốn là: giáo dục kĩ
thuật tổng hợp cho học sinh Trong đó, nhiệm vụ phát triển tư duy là nhiệm
vụ cơ bản nhất, có tầm quan trọng đặc biệt và cũng là mục đích cuối cùng của quá trình dạy học Bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh là một nội dung quan trọng của nhiệm vụ phát triển tư duy
Bài tập sáng tạo vật lý là bài tập mà giả thiết không có đầy đủ thông tin liên quan đến hiện tượng, quá trình vật lý; có những đại lượng vật lý ẩn giấu; điều kiện của bài toán không chứa đựng sự chỉ dẫn trực tiếp về angôrit giải hay kiến thức vật lý cần sử dụng Bài tập sáng tạo là một phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng tư duy sáng tạo Làm thế nào để có bài tập sáng tạo và sử dụng bài tập sáng tạo như thế nào? Là câu hỏi dành cho giáo viên vật lý muốn thực hiện được nhiệm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong quá trình dạy học của mình Lý thuyết giải các bài toán sáng chế TRIZ (viết tắt từ tiếng Nga: Teopия peшения изобретательских задач) do Genrikh Saulovich
Trang 88 Altshuller (Nga) đề xuất năm 1946 là một lý thuyết với hệ thống công cụ thuộc loại hoàn chỉnh nhất trong lĩnh vực khoa học sáng tạo, là một công cụ
hỗ trợ cho sự sáng tạo, nhằm tăng cường tính hệ thống của quá trình sáng tạo, rút ngắn thời gian, tiết kiệm công sức Làm cho quá trình sáng tạo trở thành một khoa học, có những tiêu chí, nguyên tắc nhất định chứ không phải một quá trình mày mò, may rủi Rèn luyện cho học sinh khả năng sáng tạo, khả năng thích ứng, khả năng và kĩ năng giải quyết vấn đề Một số nguyên tắc sáng tạo TRIZ có thể vận dụng để xây dựng bài tập sáng tạo và hướng dẫn học sinh giải bài tập sáng tạo nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh Nhìn chung, các bài toán cơ học đều có thể giải được bằng phương pháp động lực học Nhưng trong thực tế, có rất nhiều bài toán quan trọng lại không cần phải tính toán chi tiết mà chỉ cần xác định được trạng thái cuối cùng của chuyển động dựa vào các điều kiện ban đầu Một số bài toán khi các vật chuyển động thì khối lượng bị thay đổi vì vậy việc áp dụng Định luật II Niutơn là không thể Điều đó buộc phải đi tìm một dạng khác diễn tả định luật nói trên Các định luật bảo toàn đã thực sự cung cấp thêm một phương pháp mới, một quan điểm mới - quan điểm bảo toàn - để giải các bài toán vật lý hữu hiệu, bổ sung cho phương pháp động lực học Vì vậy, việc xây dựng các bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn” hướng dẫn học sinh giải chúng dựa trên một số nguyên tắc sáng tạo TRIZ là rất thuận lợi
Từ đó, tôi chọn đề tài:
“Vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRI xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo dạy học chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lý 10 - Trung học phổ thông”
2 Mục đích nghiên cứu
Vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRIZ xây dựng và hướng dẫn học sinh giải bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lý 10 - Trung học phổ thông nhằm bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo cho học sinh
3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Trang 99
Đối tượng:
+ Các nguyên tắc sáng tạo TRIZ
+ Quá trình dạy học bài tập vật lý ở trường phổ thông
+ Bài tập sáng tạo về vật lý
Phạm vi nghiên cứu:
+ Chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lý 10 - Trung học phổ thông
4 Giả thuyết khoa học
Nếu vận dụng các nguyên tắc của TRIZ xây dựng bài tập sáng tạo và hướng dẫn học sinh giải bài tập sáng tạo thì sẽ góp phần bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh
5 Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu TRIZ (Lý thuyết giải bài toán sáng chế), các nguyên tắc sáng tạo
TRIZ, lựa chọn một số nguyên tắc sáng tạo TRIZ cho việc xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn”
- Tìm hiểu về bài tập sáng tạo, các dấu hiệu của bài tập sáng tạo
- Tìm hiểu mối quan hệ giữa bài tập sáng tạo và TRIZ đối với việc bồi dưỡng
tư duy sáng tạo ở học sinh
- Phân tích nội dung dạy học chương “Các định luật bảo toàn”
- Tìm hiểu thực trạng việc giảng dạy bài tập sáng tạo vật lý ở một số trường THPT tại Thành phố Biên Hòa - Tỉnh Đồng Nai
- Xây dựng bài tập sáng tạo bằng cách vận dụng các nguyên tắc TRIZ và hướng dẫn học sinh giải dựa trên các nguyên tắc của TRIZ
- Thiết kế được phương án dạy học những bài tập đã xây dựng
- Thực nghiệm sư phạm
6 Phương pháp nghiên cứu
6 1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
+ Nghiên cứu các tài liệu lý luận dạy học, tài liệu về phương pháp luận sáng tạo khoa học kĩ thuật (TRIZ)
+ Nghiên cứu phân phối chương trình, sách giáo khoa, sách bài tập, sách
Trang 1010 giáo viên, chuẩn kiến thức kĩ năng môn vật lý 10 - Nâng cao
+ Xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm bằng thống kê toán học
7 Đóng góp của luận văn
- Lựa chọn được 11 nguyên tắc sáng tạo của TRIZ vận dụng vào dạy học bài tập sáng tạo
- Xây dựng được 19 bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn” kèm theo câu hỏi hướng dẫn dựa theo các nguyên tắc sáng tạo TRIZ
- Đề xuất được các phương án sử dụng bài tập sáng tạo nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo
- Thiết kế 4 tiến trình dạy học bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn” theo các phương án đã đề xuất nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh
Giúp học sinh tiếp cận với phương pháp luận sáng tạo TRIZ để góp phần phát triển tư duy sáng tạo thể hiện qua một số sản phẩm sáng tạo của học sinh Nhờ đó luận văn có thể dùng làm tư liệu để phát hiện và bồi dưỡng
học sinh có năng khiếu về vật lý ở trường THPT
8 Cấu trúc của luận văn
- MỞ ĐẦU (5 trang)
- CHƯƠNG 1 Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ (25 trang)
Trang 1111
- CHƯƠNG 2 Vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRIZ xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lý 10 - Trung học phổ thông (60 trang)
- CHƯƠNG 3: Thực nghiệm sư phạm (23 trang)
- KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ (2 trang)
- PHỤ LỤC ( 23 trang )
CHƯ NG 1 ÂY D NG VÀ S DỤNG BÀI T P SÁNG TẠO THEO
PHƯ NG PHÁP LU N SÁNG TẠO TRIZ 1.1 Tư duy, tư duy sáng tạo
1.1.1 Khái niệm tư duy
Tư duy là sản phẩm cao nhất của vật chất được tổ chức một cách đặc biệt (Bộ não người) Tư duy phản ánh tích cực hiện thực khách quan dưới dạng các khái niệm, sự phán đoán, lý luận v.v [18]
Theo một định nghĩa khác, “tư duy” là danh từ triết học dùng để chỉ những
Trang 1212 hoạt động của tinh thần, đem những cảm giác của người ta sửa đổi và cải tạo thế giới thông qua hoạt động vật chất, làm cho người ta có nhận thức đúng đắn về sự vật và ứng xử tích cực với nó
Theo tâm lý học, tư duy là quá trình phân tích và tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hóa trên con đường tìm ra cái mới
Trong quá trình tư duy, con người dùng các khái niệm Nói khác đi, khái niệm là một hình thức của tư duy, khái niệm là sự phản ánh những dấu hiệu, những đặc điểm chung, bản chất của một loại sự vật hay hiện tượng giống nhau Khái niệm là sự phản ánh những dấu hiệu bản chất khác biệt của các sự vật, hiện tượng của hiện thực Như vậy, tư duy phản ánh thực tế một cách khách quan, gián tiếp Tư duy phản ánh thực tế một cách khái quát vì nó phản ánh những thuộc tính của hiện thực thông qua các khái niệm mà các khái niệm lại tách khỏi những sự vật cụ thể, những cái chứa đựng của những thuộc tính đó Tư duy sẽ thay thế những hoạt động thực tế với chính các sự vật bằng các hành động tinh thần với những hình ảnh của chúng Nó cho phép giải quyết được những nhiệm vụ thực tế thông qua hoạt động tinh thần bằng cách dựa trên những tri thức về các thuộc tính và các mối quan hệ của các sự vật được củng cố trong một khái niệm
* Đặc điểm của tư duy
- Tính “có vấn đề”: Khi rơi vào hoàn cảnh (tình huống) mà kinh nghiệm của con người chưa đủ để giải quyết nghĩa là đang ở trong một tình huống
có vấn đề Lúc đó, con người phải tư duy, tìm ra kiến thức mới, con đường mới để giải quyết vấn đề
- Tính khái quát: Tư duy có khả năng khám phá ra những thuộc tính chung, những mối quan hệ có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng
- Tính gián tiếp: Ở mức độ nhận thức cảm tính, con người phản ánh trực tiếp sự vật, hiện tượng bằng các giác quan của mình và cũng chỉ có được hình ảnh cảm tính về các sự vật và hiện tượng đó
- Tư duy có quan hệ trực tiếp với ngôn ngữ: Nhờ có sự tham gia của hệ
Trang 1313 thống thông tin ngôn ngữ mà con người tiến hành thao tác tư duy
- Tư duy có quan hệ mật thiết với nhận thức cảm tính, chúng bổ sung cho nhau, chi phối lẫn nhau trong hoạt động nhận thức
Vậy, tư duy chỉ thực sự vào cuộc khi cá nhân ở trong tình huống có vấn
đề và muốn suy nghĩ đề giải quyết vấn đề Tư duy không phải là nguồn gốc của hành động mà chỉ là bước trung gian trong các nhu cầu hành động Tư duy chịu tác động to lớn của các nhu cầu, cảm xúc, thói quen Tư duy còn có khả năng to lớn là điều khiển ngược trở lại các nhu cầu, cảm xúc, thói quen, hành động
* Tư duy vật lí
“Tư duy vật lí là sự quan sát các hiện tượng vật lí, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận đơn giản và xác lập giữa chúng những mối quan hệ định tính hay định lượng của các hiện tượng hay các đại lượng vật lí, dự đoán các hệ quả mới từ các lí thuyết và vận dụng sáng tạo những kiến thức khái quát thu được vào thực tiễn” [12; 14]
Trong quá trình nhận thức vật lí, con người phải sử dụng nhiều hình thức tư duy: Tư duy lí luận, tư duy lôgic và những hình thức đặc thù của vật
lí học như thực nghiệm và mô hình hóa
1.1.2 Tư duy sáng tạo
1.1.2 1 Khái niệm sáng tạo
“Sáng tạo là một hoạt động mà kết quả của nó là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị” [16; 54] Sáng tạo là hoạt động tạo ra bất kì cái gì đó có đồng thời “tính mới” và
“tính ích lợi” [19]
1.1.2 2 Khái niệm tư duy sáng tạo
Tư duy sáng tạo (TDST) là tư duy tạo ra được cái mới TDST là tư duy độc lập, tích cực Tuy vậy không phải mọi tư duy tích cực đều là tư duy độc lập và không phải mọi tư duy độc lập đều là TDST [12, 8]
TDST tìm ra cách giải quyết vấn đề không theo khuôn mẫu, cách thức
Trang 1414 định sẵn Trong TDST chỉ yêu cầu người giải quyết có một số kinh nghiệm tối thiểu hoặc có kinh nghiệm giải quyết những vấn đề khác TDST là sự vận dụng các kinh nghiệm giải quyết vấn đề này cho những vấn đề khác Người có TDST có thể giải quyết được những vấn đề ngoài kinh nghiệm mà
họ có TDST tạo nên các kinh nghiệm mới dựa trên các kinh nghiệm cũ và
do đó làm phong phú thêm kinh nghiệm, nó tạo nên sự thay đổi về chất cho các vấn đề, sự vật, sự việc mà nó giải quyết Biểu hiện của TDST là sự thông minh, dám thay đổi kinh nghiệm TDST tạo góp phần tạo nên kinh
nghiệm
1.1.3 Các phẩm chất tư duy sáng tạo
* TDST là cốt lõi của sáng tạo cá nhân và là mục tiêu cơ bản của giáo dục TDST được xác định bởi chất lượng của hoạt động trí tuệ ở mức độ cao với các phẩm chất quan trọng như:
Tính mềm dẻo của tư duy
Tính linh hoạt của tư duy
Tính độc đáo của tư duy
Tính nhạy bén của tư duy
* Những phẩm chất của một người có TDST
- Ðộc lập, biết nhận xét và phê phán theo quan điểm riêng, không gò bó
và phụ thuộc vào cái cũ Luôn tìm ra các giải pháp tối ưu trước một tình huống mới, một vấn đề cần giải quyết
- Tự tin, luôn đi vào các vấn đề bản chất để tìm ra quy luật mới
- Chấp nhận rủi ro, thích phiêu lưu, tò mò, hiếu kỳ, hiếu động
- Biết nghi ngờ, có khả năng dự báo và say sưa nung nấu các ý tưởng mới
- Nhiều năng lượng, nồng nhiệt, nhiều sở thích, hài hước
1.2 Năng lực, năng lực sáng tạo
1.2.1 Khái niệm năng lực
Theo P.A Ruđic: “Năng lực là tính chất tâm - sinh lý của con người chi
Trang 1515 phối quá trình tiếp thu các kiến tức, kĩ năng, kĩ xảo cũng như hiệu quả thực hiện một hoạt động nhất định” [12; 11]
Theo A.G Côvaliôp: “ Năng lực là một tập hợp những thuộc tính các nhân tố đáp ứng những nhu cầu lao động và đảm bảo cho hoạt động đạt được kết quả cao nhất”.[12; 11]
Theo N.X Lâytex: “Năng lực là những thuộc tính tâm lí của cá nhân là điều kiện để hoàn thành tốt đẹp những hoạt động nhất định”.[12; 11]
Các định nghĩa trên đây đều cho rằng năng lực do tâm - sinh lí của cá nhân quyết định Giáo sư - Tiến sĩ Phạm Minh Hạc định nghĩa: “Năng lực là những đặc điểm tâm lí cá biệt, tạo thành điều kiện quy định tốc độ, chiều sâu, cường độ của việc tác động vào đối tượng lao động” Vậy, năng lực là một yếu tố tổ hợp trong một hoạt động cụ thể tạo thành những điều kiện để tác động vào đối tượng lao động
* Giữa người này với người khác sẽ có những năng lực khác nhau thể hiện qua qua các dấu hiệu:
- Khác biệt trong khuynh hướng hoạt động
- Khác biệt trong nhịp độ hoạt động, sự tiến bộ trong hoạt động, sự dễ dàng trong hoạt động
* Nguyên nhân của sự khác nhau giữa năng lực của người này với người khác
là do:
- Tư chất cá nhân
- Quá trình hình thành, phát triển và thể hiện trong các hoạt động tích cực của cá nhân dưới sự tác động của rèn luyện, học tập và môi trường giáo dục
* Việc hình thành, phát triển năng lực cá nhân phụ thuộc vào hoạt động của
cá nhân trong điều kiện giáo dục của xã hội và chịu ảnh hưởng của nền văn hóa xã hội Để bồi dưỡng và phát triển năng lực phải chú ý đến:
- Sự khác biệt giữa các cá nhân về năng lực
- Tạo điều kiện để cá nhân tích cực tham gia các hoạt động để hình thành năng lực
Trang 1616
- Hình thành và phát triển năng lực cho học sinh không tách rời giáo dục và giáo dưỡng
1.2.2 Năng lực sáng tạo
Năng lực sáng tạo (NLST) của mỗi cá nhân thể hiện ở chỗ các nhân đó
có thể mang lại những giá trị mới, sản phẩm mới quý giá đối với nhân loại NLST thường có ở những tài năng, là những người có năng lực ở mức độ cao, thể hiện ở sự hoàn thành với hiệu quả cao, xuất sắc, có tính sáng tạo trong một lĩnh vực hoạt động nào đó
1.2.3 Những biểu hiện của năng lực sáng tạo của HS trong học tập
* Đặc điểm cơ bản của hoạt động sáng tạo trong học tập:
- Tính mới mẻ chủ quan của sản phẩm
- Tính bất ngờ chủ quan của phỏng đoán
- Tính ngẫu nhiên chủ quan của phát kiến
* NLST của học sinh trong học tập:
NLST của học sinh trong học tập thể hiện ở năng lực giải quyết vấn đề học tập để tìm ra cái mới ở một mức độ nào đó thể hiện được khuynh hướng, năng lực, kinh nghiệm của cá nhân học sinh Đó là năng lực tìm ra cái mới, cách giả quyết cái mới; năng lực phát hiện ra điều chưa biết, chưa có và không bị phụ thuộc vào cái đã có
NLST được hình thành và phát triển trong quá trình hoạt động cụ thể của chủ thể Để phát huy NLST trong học tập của học sinh thì người giáo viên phải hình thành cho học sinh thói quen nhìn nhận vấn đề, mỗi sự kiện dưới nhiều góc độ khác nhau, biết đặt ra nhiều giả thiết khi lí giải một số hiện tượng, biết đề xuất những giải pháp khác nhau khi xử lí một tình huống Cần rèn cho học sinh tính kiên trì, bền bỉ, không bằng lòng với những giải pháp đầu tiên, không vận dụng một cách máy móc để ứng xử trước một tình huống mới
NLST của học sinh chỉ được phát triển qua những hành động thực tế: Chiếm lĩnh tri thức mới, vận dụng tri thức mới, làm thí nghiệm, giải bài tập
Trang 1717 Biểu hiện ở:
- Khả năng tự chuyển tải tri thức và kĩ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học vào vào điều kiện và hoàn cảnh mới
- Năng lực nhận thấy vấn đề mới trong điều kiện quen biết, nhìn nhận được chức năng mới trong đối tượng quen biết
- Năng lực huy động được các kiến thức cần thiết để đưa ra các giả thuyết, năng lực đề xuất các phương án làm thí nghiệm hoặc thiết kế được các sơ đồ thí nghiệm để kiểm tra giả thiết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết, đo được các đại lượng vật lí trong điều kiện cho trước với tính chính xác cao nhất
- Năng lực đề xuất các giải pháp khác nhau khi xử lí một tình huống
- Năng lực nhìn nhận một vấn đề nào đó dưới những góc độ khác nhau, xem xét các đối tượng ở những khía cạnh khác nhau Năng lực tìm ra giải pháp mới, năng lực liên kết nhiều phương pháp giải bài tập để tìm ra phương pháp giải mới độc đáo
1.3 TRI và việc vận dụng các nguyên tắc của TRI vào dạy học vật lí 1.3.1 Tìm hiểu TRI
* TRIZ phiên âm từ tiếng Nga của TPИЗ (Viết tắt từ tiếng Nga: Teopия
peшения изобретательских задач) nghĩa là lý thuyết giải các bài toán sáng chế, thuật ngữ tiếng Anh: Theory of inventive problem solving tips) ra đời từ
Liên Xô do Genrikh Saulovich Altshuler (1926 - 1998) sáng lập
* Phương pháp luận sáng tạo (PPLST) TRIZ là một lý thuyết với hệ thống công cụ thuộc loại hoàn chỉnh nhất trong lĩnh vực khoa học sáng tạo Từ năm
1946, Altshuller bắt đầu nghiên cứu và xây dựng lí thuyết giải bài toán sáng chế TRIZ Vào những năm 1980, TRIZ phát triển mạnh mẽ ở Liên Xô và nhanh chóng truyền bá sang các nước Nhật, Pháp, Anh, Đức, Thụy Điển, Tây Ban Nha, Israel, … tới năm 1991, TRIZ được Mỹ tiếp nhận, phổ biến và được phát triển một cách nhanh chóng và sâu rộng, từ tháng 11 năm 1996 đã xuất bản tạp chí chuyên về TRIZ, xuất bản Viện TRIZ, Viện Altshuller nghiên cứu TRIZ, thành lập Đại học TRIZ… Hiện nay, khá nhiều công ty, tổ chức nổi
Trang 1818 tiếng sử dụng TRIZ để giải quyết các vấn đề kĩ thuật như: General Motors, Ford, BMW, Kodak, Siemens, Boing, NASA, Airbus … PPLST đã được truyền bá vào Việt Nam trước Mỹ 14 năm, trước Pháp 19 năm, trước Nhật 20 năm nhưng đến nay vẫn là quá mới Hai người thầy truyền bá môn khoa học mang tính sáng tạo này vào Việt Nam là Giáo sư, Tiến sĩ vật lí thực nghiệm Phan Dũng và Kỹ sư Dương Xuân Bảo, với giáo án gồm 60 tiết được công nhận là tốt nhất thế giới Cho tới nay, tính thuyết phục của TRIZ đã được khẳng định và được đưa vào làm một môn học chính ở một số trường đại học thuộc khối kĩ thuật Trong lĩnh vực giáo dục, đã có nhiều tổ chức trường học nghiên cứu áp dụng TRIZ để nâng cao hiệu quả dạy và học, nhất là với các môn khoa học tự nhiên Hiện nay, quá trình sáng tạo là của học sinh trong quá trình học tập thường là do quá trình tự phát, là kết quả của sự vận động, khuyến khích, thúc đẩy, động viên của giáo viên mà không phải là kết quả của một quá trình rèn luyện được định hướng một cách hệ thống, khoa học Vì vậy, HS thường gặp nhiều khó khăn khi yêu cầu phải sáng tạo, tìm ra giải pháp xử lí vấn đề ở mức tư duy cao Trong giảng dạy vật lí, TRIZ có vai trò quan trọng khi nghiên cứu học tập theo phương pháp thực nghiệm, mô hình, tương tự Ngoài ra, TRIZ giúp người học dễ tìm ra các phương pháp giải quyết vấn đề, các biện pháp kĩ thuật, cách xử lí các khó khăn trong thực tế
* Nội dung cơ bản của TRIZ gồm:
- 9 quy luật phát triển hệ thống
- 40 nguyên tắc sáng tạo (NTST) cơ bản
- 11 biến đổi mẫu dùng để giải bài toán sáng chế
* TRIZ là một công cụ hỗ trợ cho sự sáng tạo, nhằm:
- Tăng cường tính hệ thống của quá trình sáng tạo, rút ngắn thời gian, tiết kiệm công sức
- Làm cho quá trình sáng tạo trở thành một khoa học, có những tiêu chí, nguyên tắc nhất định chứ không phải một quá trình mày mò, may rủi
- Rèn luyện cho con người, đặc biệt cho học sinh khả năng sáng tạo,
Trang 1919 khả năng thích ứng, khả năng và kĩ năng giải quyết vấn đề
* Để giải quyết một vấn đề theo lý thuyết sáng tạo của TRIZ, thông thường người ta phải thực hiện các trình tự sau:
Bước 1: Xác định bài toán cần giải
Bước 2: Xác định cách tiếp cận bài toán, liên quan đến bài toán cần giải
Phân tích các mâu thuẫn nảy sinh trong vấn đề
Bước 3: Vận dụng các NTST để tìm ý tưởng giải bài toán
Bước 4: Phát triển các ý tưởng thành các giải pháp và kết cấu kỹ thuật Bước 5: Áp dụng thực tế
1.3.2 Giới thiệu một số nguyên tắc sáng tạo của TRI vào dạy học vật lí
Theo Phan Dũng thì: “Thủ thuật sáng tạo là các thao tác tư duy đơn giản, có tính định hướng nhất định Có thể coi thủ thuật là lời chỉ dẫn: Cần phải suy nghĩ về hướng nào” và: “Các thủ thuật được chọn ra là các thủ thuật
đủ mạnh, khá bền vững với thời gian và mang tính khách quan cao được gọi
là những nguyên tắc” [2, 9-10]
Vậy: NTST chính là các thủ thuật sáng tạo và cũng là các thao tác tư duy, chỉ ra hướng mà người giải cần suy nghĩ Để xây dựng BTST dùng cho dạy học phải sử dụng các NTST Tuy nhiên việc lựa chọn các NTST phải được dựa vào nội dung chương trình, đặc điểm tâm - sinh lí của học sinh, khả năng vận dụng các NTST mà chúng tôi chỉ lựa chọn 10 nguyên tắc sau đây:
Nguyên tắc phân nhỏ
* Nội dung: - Chia đối tượng thành các phần độc lập
- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được
- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng
Trang 2020
- Nguyên tắc phân nhỏ hay dùng với các nguyên tắc: Kết hợp, linh động (Sẽ trình bày dưới đây)
ụ - Tên lửa nhiều tầng, mỗi tầng mang một lượng nhiên liệu nhất
định Khi phần nhiên liệu trong một tầng cháy hết thì tầng đó tự động tách khỏi tên lửa
- Trong dạy học Vật lí, khi giải quyết một bài toán khó, nên chia bài toán thành nhiều giai đoạn để dễ khảo sát hoặc chia bài toán khó thành một số bài toán phụ (Bài toán trung gian) Khi gặp một vấn đề phức tạp, nên tách thành các vấn đề đơn giản hơn, dễ giải quyết hơn
Nguyên tắc thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng
* Nội dung
- Thay đổi trạng thái đối tượng
- Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc
- Thay đổi độ dẻo, độ cứng
- Thay đổi nhiệt độ, thể tích
*Nhận xét
- Khi thay đổi thông số lí - hóa của đối tượng, cần dựa trên quy luật triết học: “Lượng đổi, chất đổi” để có được những tính chất mới mà trước đây đối tượng chưa có
- Cần khắc phục tính ì tâm lý, quen nhìn đối tượng chỉ một trạng thái nào
đó hay bắt gặp
- Việc sử dụng các trạng thái khác nhau của đối tượng chính là sự thể hiện
cụ thể của “khai thác các nguồn dự trữ có sẵn trong đối tượng”
ụ - Thay đổi áp suất chất khí
- Trong dạy học vật lí, khi thay đổi một dữ kiện của bài toán đến một giá trị nào đó thì hiện tượng xảy ra trong bài toán bị thay đổi
Nguyên tắc kết hợp
*Nội dung
- Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt
Trang 2121 động kế cận, kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận nhằm đem lại tính năng vượt trội cho sản phẩm hay giải pháp
- Trong thực tế, các hiện tượng, quá trình, sự việc thường hay đan xen nhau nên khả năng kết hợp luôn luôn có Do vậy, nguyên tắc này được sử dụng rất phổ biến trong mọi lĩnh vực của cuộc sống nhằm nâng cao hiệu quả của giải pháp
- Nguyên tắc kết hợp thường hay sử dụng với nguyên tắc: Phân nhỏ, phẩm chất cục bộ
ụ - Tên lửa nhiều tầng, kết hợp các ống bương ở cọn nước với nhau và
- Thay vì thực hiện theo yêu cầu bài toán, hãy thực hiện ngược lại
- Làm phần chuyển động của đối tượng thành đứng yên và ngược lại, phần đứng yên thành chuyển động
- Lật ngược đối tượng
* Nhận xét
- Hiện thực khách quan gồm các mặt đối lập Nếu con người chỉ sử dụng một mặt đối lập vì nó đem lại ích lợi, lâu dần, hình thành tính ì tâm lý, không cho phép người ta thấy và sử dụng mặt đối lập kia cũng có ích lợi của nó Việc xem xét khả năng lật ngược vấn đề là xem xét “nửa kia” của
Trang 2222 hiện thực khách quan nhằm mục đích tăng tính bao quát, toàn diện, đầy đủ
và khắc phục tính ỳ tâm lý
- Về mặt suy nghĩ, khi giải bài toán cho trước (Bài toán thuận) người giải nên xem xét thêm khả năng giải bài toán ngược và khả năng đem lại lợi ích của lời giải bài toán ngược trong những điều kiện, hoàn cảnh cụ thể nào, để tận dụng nó
- Làm ngược lại có thể cho đối tượng có thêm những chức năng, tính chất, khả năng mới
ụ - Khi giải bài toán chứng minh, dùng phương pháp phản chứng
- Trong dạy học bài tập vật lí, từ bài tập luyện tập, thay đổi giả thiết thành kết luận để được BTST (Mục 1.4)
về mặt cấu trúc, các mối liên kết trong đối tượng phải “mềm dẻo”, “có nhiều trạng thái”, để từng phần đối tượng có khả năng “dịch chuyển” đối với nhau
- Cần phải hiểu từ “tối ưu” trong hai mối quan hệ: Đối với chính đối tượng, công việc mà đối tượng thực hiện và đối với người sử dụng và môi trường bên ngoài (Bảo đảm sức khỏe, không gây ô nhiễm)
- Tinh thần chung của nguyên tắc linh động là: Đối tượng phải có những
đa dạng phù hợp với sự thay đổi đa dạng của bên ngoài để đem lại hiệu quả cao nhất
Trang 23V ụ - Bệ phóng tên lửa, nòng pháo có thể thay đổi độ nghiêng
- Trong dạy học vật lí, nguyên tắc linh động được sử dụng rất nhiều trong việc xây dựng và hướng dẫn học sinh giải BTST (Mục 1.4)
Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”
*Nội dung
Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút” Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn
* Nhận xét
- Từ “một chút” ở đây phải hiểu linh động, không nhất định là “quá nhỏ”,
“không đáng kể”, sao cho bài toán trở nên dễ giải hơn
- Tinh thần chung của nguyên tắc này là không nên quá cầu toàn, chờ đợi các điều kiện lý tưởng
- Nếu việc giải chính bài toán là khó thì giảm bớt đòi hỏi để bài toán dễ giải hơn, mặc dù kết quả không thật hoàn toàn như ý muốn, hoặc phải tốn thêm chi phí trong khả năng chấp nhận được Giải bài toán dễ hơn (có thể đưa bài toán về trường hợp đặc biệt) để qua đó tìm được những gợi ý có giá trị, giúp giải chính bài toán cho trước
- Giải “thiếu”, giải “thừa” trong nhiều trường hợp làm đối tượng có thêm những tính chất mới, trước đây chưa có
- Nguyên tắc này hay thực hiện với nguyên tắc thực hiện sơ bộ
Nguyên tắc biến hại thành lợi
*Nội dung
- Sử dụng những tác nhân có hại để thu được hiệu ứng có lợi
- Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại
Trang 2424 khác
- Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa
* Nhận xét
- “Lợi” và “hại” chỉ mang tính chủ quan và tương đối Trên thực tế, đây chỉ
là hai mặt đối lập của hiện thực khách quan, vấn đề là làm sao trong cái hại tìm ra được cái lợi phục vụ con người và hài hòa với tự nhiên
- Nguyên tắc này có chỉ ra một loạt cách làm thế nào biến hại thành lợi Từ
“tăng cường” cần hiểu theo nghĩa “thay đổi” cái có hại để biến thành lợi, chứ không đơn thuần là tăng mức độ có hại
- Tinh thần chung của nguyên tắc này là lạc quan khi gặp những cái có hại Thay vì chán nản, bực bội hãy đặt các câu hỏi đại loại như hại đối với cái gì? trong thời gian bao lâu? khi nào? ở đâu? Trong những điều kiện nào thì hại biến thành lợi? Tạo ra các điều kiện đó như thế nào?
- Thủ thuật này hay dùng với các nguyên tắc: Tách khỏi, kết hợp, đảo ngược
ụ - Người ta biến sức tàn phá của lũ lụt thành điện năng bằng cách xây
dựng các hồ chứa nước và nhà máy thuỷ điện
Nguyên tắc quan hệ phản hồi
*Nội dung
- Thiết lập quan hệ phản hồi
- Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi (hoàn thiện) nó
* Nhận xét
- Quan hệ phản hồi là khái niệm cơ bản của điều khiển học, có phạm vi ứng dụng rất rộng
- Khi thành lập quan hệ phản hồi cần chú ý tận dụng những nguồn dự trữ
có sẵn trong hệ để đưa ra cấu trúc tối ưu
- Nguyên tắc này phản ánh khuynh hướng phát triển, làm tăng tính điều khiển đối tượng, tự động hoá cho nên rất có ích cho việc suy nghĩ định hướng hay lựa chọn bài toán, cách tiếp cận, dự báo
Trang 2525
- Nguyên tắc này còn có tác dụng với chính người giải: Thường xuyên rút kinh nghiệm dựa trên những tác động ngược lại, tự điều chỉnh để ngày càng tiến bộ, tránh mắc lại những sai lầm của chính mình và của người khác
ụ - Trong dạy học bài tập Vật lí, thiết lập quan hệ giữa các yếu tố, dữ
kiện và lời giải bài toán Sự tác động, ảnh hưởng qua lại lẫn nhau của các đại lượng hoặc các bộ phận trong một sản phẩm kĩ thuật
- Do sự ô nhiễm môi trường, sự cạn kiệt dần các nguồn cung cấp tự nhiên, vấn đề sử dụng phế liệu, chất thải năng lượng dư ngày càng được chú ý giải quyết và đây cũng là một loại nguồn dự trữ cần khai thác Về mặt lý tưởng, cần có một chu trình sản xuất khép kín
- Nguyên tắc này hay được dùng với các nguyên tắc: Tách khỏi, quan hệ phản hồi …
ụ - Sử dụng dòng chảy nước thải đã qua xử lý ở các chung cư cao tầng
để vận hành máy phát điện mini
- Động năng của dòng nước có thể làm quay guồng nước, chuyển động năng của dòng nước thành thế năng của nó
Nguyên tắc sao chép (Copy)
* Nội dung
Trang 26* Nhận xét
- Từ “sao chép” cần hiểu theo nghĩa rộng: Phản ánh những cái chính của đối tượng, cần thiết cho việc giải bài toán, nếu như làm trực tiếp với đối tượng gặp khó khăn Việc phản ánh đối tượng theo từng mặt, khía cạnh rất có lợi trong việc đi tìm những cái tương tự giữa những đối tượng khác nhau, thậm trí rất xa nhau Mặt khác, đối tượng phản ánh chính là
mô hình của đối tượng cho trước thường dễ “giải”, dễ nghiên cứu hơn
Mô hình hoá là cách tiếp cận hiệu quả khi giải các bài toán khó
- Đối tượng nhận được do sao chép nhiều khi có thêm những tính chất mới mà trước đây đối tượng cũ không có như gọn, nhẹ, dễ bảo quản, lưu trữ
- Nguyên tắc sao chép hay dùng với các nguyên tắc: Tách khỏi, chuyển sang chiều khác, sử dụng trung gian, “rẻ” thay cho “đắt”, thay thế sơ đồ
cơ học, thay đổi màu sắc
ụ - Các phép tương tự hoá, các cách mô hình hoá, bắt chước
Trang 2727
cơ học, sóng âm là những hiện tượng rất phổ biến trong tự nhiên Để sử dụng tốt các hiện tượng, hiệu ứng này, cần có sự hiểu biết về chúng một cách khoa học
Các NTST của TRIZ đóng vai trò vô cùng quan trọng trong việc hình thành các ý tưởng sáng tạo Hầu hết các NTST của TRIZ đều xây dựng dựa trên quy luật biện chứng vì thế chúng có sự tương đồng, đan xen nhau Trong dạy học vật lí, có thể lựa chọn và sử dụng một tổ hợp các NTST của TRIZ vào việc xây dựng và hướng dẫn học sinh giải BTST
1.4 Bài tập sáng tạo trong dạy học vật lí
Theo Ra - zu - mốp - xki, BTST gồm hai loại tương ứng với hai sản phẩm sáng tạo là phát minh và sáng chế, đó là:
- Bài tập nghiên cứu: Đòi hỏi phải trả lời được câu hỏi “vì sao?” (Tương ứng với phát minh trong nghiên cứu khoa học)
- Bài tập thiết kế: Đòi hỏi phải trả lời được câu hỏi “làm thế nào?” (Tương ứng với sáng chế trong nghiên cứu khoa học)
Tuy nhiên, cách phân loại này mang tính khái quát, bao hàm trong đó cả bài tập luyện tập và BTST Để giúp giáo viên sử dụng BTST thuận lợi trong dạy học vật lí, tác giả Phạm Thị Phú và Nguyễn Đình Thước đã nêu ra các dấu
Trang 2828 hiện bề ngoài của BTST dựa trên những phẩm chất của TDST Sau đây, chúng tôi xin giới thiệu các dấu hiệu đó
1.4.2 Các dấu hiệu nhận biết BTST vật lí [12]
Dấu hiệu 1: Bài tập có nhiều cách giải: Giúp cho học sinh hiểu được rằng
khi xem xét một vấn đề cần phải nhìn nhận từ nhiều góc độ, nhiều quan điểm khác nhau để từ đó thể vạch ra nhiều con đường nhằm đạt đến mục đích và tìm ra con đường hiệu quả nhất
Dấu hiệu 2: Bài tập có hình thức tương tự nhưng có nội dung biến đổi:
Những bài tập này thường có nhiều hơn một câu hỏi mà thông thường câu đầu tiên là bài tập luyện tập, các câu hỏi tiếp theo có hình thức tương tự nhưng nếu vẫn áp dụng phương pháp cũ thì sẽ gặp sự bế tắc vì nội dung câu hỏi đã có sự thay đổi về chất
Dấu hiệu 3: Bài tập về thí nghiệm vật lí gồm các BTTN định tính và
BTTN định lượng BTTN định tính sẽ yêu cầu thiết kế thí nghiệm theo một mục đích cho trước, thiết kế một dụng cụ ứng dụng vật lí hoặc yêu cầu làm thí nghiệm theo chỉ dẫn quan sát và giải thích hiện tượng vật lí BTTN định lượng gồm các bài tập đo đạc đại lượng Vật lí, minh họa lại quy luật vật lí bằng thực nghiệm, thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm đơn giản
Dấu hiệu 4: Bài tập thừa (thiếu) dữ kiện đòi hỏi học sinh phải tự lập kế
hoạch để tìm dữ liệu bằng việc quan sát, thống kê, tra cứu sau đó mới triển khai thực hiện kế hoạch giải
Dấu hiệu 5: Bài tập nghịch lý, ngụy biện: Là những bài toán mà trong đề
bài chứa đựng sự ngụy biện nên đã dẫn đến một nghịch lý, kết luận rút ra mâu thuẫn với những nguyên tắc, định luật vật lí đã biết
Dấu hiệu 6: Bài toán hộp đen: Là bài toán gắn liền với việc nghiên cứu
cấu trúc bên trong (là đối tượng nhận thức mới) nhưng có thể đưa ra mô hình cấu trúc của đối tượng nếu biết các dữ kiện “đầu vào” và “đầu ra” Việc giải bài toán hộp đen là quá trình sử dụng kiến thức tổng hợp và phân tích mối quan hệ giữa dữ kiện “đầu vào” và “đầu ra” để tìm thấy cấu trúc
Trang 2929 bên trong của hộp đen
* Ngoài các BTST có các dấu hiệu trên đây, còn có rất nhiều dạng BTST được xây dựng dựa trên các tài liệu thu được từ sự phân tích phương hướng
cơ bản của khoa học và công nghệ như:
- Bài tập giải thích một hiện tượng kĩ thuật nào đó hoặc tiếp thu một hiệu ứng kĩ thuật nào đó
- Bài tập giải thích hoặc sử dụng một hiện tượng nào đó của tự nhiên
- Bài tập giải thích hoạt động của một dụng cụ thí nghiệm
- Bài toán xây dựng một mô hình hiện tượng
Như vậy, BTST có thể rất khác nhau về dạng nhưng chúng đều giống nhau
ở tính mới lạ về nội dung hoặc phương pháp tiếp cận, PPTD Để đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát triển tư duy cho học sinh thì phải khai thác BTST trong dạy học vật lí ở trường phổ thông
1.4.3 Vận dụng các nguyên tắc của TRI xây dựng BTST
1.4.3.1 Các bước xây dựng BTST dựa trên các NTST của TRI
[11,52-55]
Việc xây dựng các BTST vật lí nhằm bồi dưỡng TDST cho học sinh được dựa trên: Chu trình sáng tạo của Razumốp, bản chất của TDST và các NTST
- Phát biểu theo BTXP theo cách khác (Nguyên tắc linh động)
- Thay đổi một số dữ kiện của bài toán để hiện tượng vật lí trong BTXP mâu thuẫn với định luật vật lí; biến giả thiết thành kết luận để tạo ra bài tập mới (Nguyên tắc đảo ngược)
Trang 3030
- Thay đổi một số thông số của BTXP để có được bài tập mới (Nguyên tắc thay đổi thông số lí - hóa)
- Cụ thể hóa BTXP (Nguyên tắc phân nhỏ)
- Chuyển thành bài tập tổng quát hơn, sử dụng thêm bài tập có liên quan
để xây dựng bài tập mới (Nguyên tắc kết hợp)
- Bài tập này có ứng dụng của vào thực tiễn như thế nào?
* Các câu hỏi có thể đặt ra:
- Làm sao để giảm thời gian vận hành không tải và các bước trung gian? (Nguyên tắc liên tục tác động có ích)
- Có thể làm thay đổi hình dáng của đối tượng không? (Nguyên tắc linh động)
- Có thể làm cho bài tập đơn giản hơn không? (Nguyên tắc tác động lên nhiễu)
1.4.3.2 Những NTST được sử dụng cho từng loại BTST
* BT có nhiều cách giải:
Trong luận văn này, loại bài tập này thường được giải bằng phương pháp động lực học và phương pháp sử dụng các định luật bảo toàn NTST thường được sử dụng để xây dựng BTST là nguyên tắc linh động
* Bài tập có hình thức tương tự nhưng nội dung biến đổi:
Lựa chọn một số bài tập luyện tập rồi sử dụng: Nguyên tắc linh động, nguyên tắc thay đổi thông số lí - hóa để thay đổi dữ kiện của bài toán làm cho bản chất của hiện tượng trong bài tập luyện tập thay đổi ta sẽ được BTST
* Bài tập thí nghiệm (BTTN):
Trong khuôn khổ nghiên cứu của luận văn này, BTTN được xây dựng
ở mức độ thiết kế phương án thí nghiệm và chế tạo dụng cụ thí nghiệm dựa trên NTST linh động
* Bài tập thừa hoặc thiếu dữ kiện:
Bài tập này được xây dựng dựa trên sự vận dụng không phù hợp các
Trang 3131 công thức, định luật trong quá trình xác định một đại lượng vật lí nào đó do
đề bài cho thừa hoặc thiếu dữ kiện Các NTST thường dùng là: Quan hệ phản hồi, phân nhỏ
* Bài tập nghịch lí ngụy biện:
Loại bài tập này được xây dựng dựa trên những quan niệm sai lầm của học sinh Các NTST được sử dụng: Quan hệ phản hồi, sử dụng trung gian, phân nhỏ …
* Bài toán hộp đen:
Loại bài tập này được xây dựng khi xuất hiện một nhu cầu cần có một thiết bị thí nghiệm hay một thiết bị sử dụng trong đời sống Bài toán hộp đen
là một bài toán khó, đòi hỏi phải sáng tạo Để xây dựng được loại bài tập này cần phải xuất phát từ thực tế, phải xét xem thực tế cần gì và sản phẩm tạo ra có phục vụ thiết thực cho thực tiễn không? NTST dùng cho loại bài tập này là: Linh động, tác động lên nhiễu, sử dụng trung gian, phân nhỏ …
1.4.4 Áp dụng các nguyên tắc của TRI hướng dẫn học sinh giải BTST 1.4.4.1 Mục đích của việc hướng dẫn học sinh giải BTST
Khi giải BTST, học sinh đứng trước một vấn đề mới cần được giải quyết để thu nhận kiến thức mới tương tự như cách thức mà các nhà khoa học phát minh hay sáng chế ra một kiến thức khoa học hoặc một sản phẩm mới cho nhân loại Trong chu trình sáng tạo khoa học, hai giai đoạn khó khăn và đòi hỏi phải có sự sáng tạo là giai đoạn từ sự kiện khởi đầu đến việc xây dựng mô hình giải thiết trìu tượng và giai đoạn chuyển từ tiên đề lí thuyết và những quy luật nhất định của những hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm Tư duy của học sinh khi giải BTST cũng phải tuân theo các bước trong chu trình sáng tạo khoa học Vì thế, phải bồi dưỡng cho học sinh những năng lực:
- Phát hiện được vấn đề mới và nêu được dự đoán có căn cứ
- Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề
- Phân tích và đánh giá được ưu nhược điểm của các giải pháp để lựa chọn
Trang 3232 được giải pháp tối ưu để giải quyết vấn đề đặt ra trong bài toán
- Thực hiện thành công theo phương án hoặc giải pháp đã lựa chọn hoặc có cải tiến so với mô hình đã xây dựng
1.4.4.2 Các bước sử dụng NTST vào việc hướng dẫn học sinh giải BTST
Việc hướng dẫn học sinh giải BTST bằng cách sử dụng các NTST của TRIZ là cách dạy không tường minh nội dung các NTST Để thực hiện được điều đó đòi hỏi HS phải biết cách nhận biết các dạng BTST, biến bài tập đó trở nên đơn giản hơn, nhận ra được các vấn đề mới trong những tình huống quen thuộc, phân chia bài tập tổng quát thành các bài tập nhỏ để dễ giải quyết hơn
- Nhận dạng BTST theo 6 dấu hiệu (Mục 1.4.2)
- Phân tích để phát hiện vấn đề cần giải quyết
- Sử dụng các NTST để đề xuất những phương án giải quyết vấn đề
- Lựa chọn phương án tối ưu nhất
- Thực hiện giải quyết vấn đề theo phương án đã chọn
- Biện luận kết quả, đánh giá tính đúng đắn, tính phù hợp và rút ra bài học khi vận dụng vào giải quyết vấn đề tương tự
1.4.5 Các phương án sử dụng BTST trong dạy học vật lí
1.4.5.1 BTST trong bài học bài tập vật lí
Trong tiết bài tập vật lí, không dừng ở việc học sinh giải các BTLT, người giáo viên phải khéo đan xen các BTST nhằm giúp học sinh vận dụng sáng tạo kiến thức đã học để giải quyết vấn đề, gây cho học sinh hứng thú, cảm giác hài lòng khi gắn kết được kiến thức đã học với thực tiễn đời sống và khoa học kĩ thuật Khi học sinh tự lực giải BTST thì cũng đồng nghĩa với quá trình tích cực hóa hoạt động nhận thức của chính bản thân học sinh
1.4.5.2 BTST trong hoạt động ngoại khóa
Hoạt động ngoại khóa có vai trò quan trọng trong việc phát triển TDST thể hiện ở:
Trang 3333
- Nâng cao hiểu biết các kiến thức vật lí học sinh đã được học trong chương trình vật lí phổ thông
- Nâng cao khả năng tư duy, TDST của học sinh trong học tập môn vật lí
- Phát huy lòng say mê ham thích sáng tạo, ham thích nghiên cứu khoa học đối với thầy và trò
- Rèn luyện khả năng ứng dụng kiến thức vật lí trong thực tế, khả năng thực hành, thí nghiệm v.v…
- Phối hợp các kiến thức và hiểu biết của học sinh khi học các môn học: toán, vật lí, công nghệ, lịch sử v.v…đồng thời kết hợp với việc tích hợp giáo dục bảo vệ môi trường
Để thực hiện tốt hoạt động ngoại khóa, giáo viên phải chuẩn bị sẵn BTST làm nguồn tư liệu chính để đưa ra một chủ đề cụ thể, học sinh phải có
sự chuẩn bị theo chủ đề mà giáo viên gợi ý trước Hoạt động này thường đòi hỏi tính kiên trì, bền bỉ của học sinh, kĩ năng giải BTST dựa trên các NTST của TRIZ, phát huy được khả năng sáng tạo trong việc cải tiến các thiết bị thí nghiệm, cải tiến các công cụ lao động của học sinh
Tuy nhiên, hoạt động ngoại khoá vẫn chưa được chú ý đầu tư đúng mức ở trường phổ thông do: Hoạt động này khá công phu, đa dạng, có sự kết hợp của môn vật lí với môn công nghệ, thiếu thời gian, thiếu kinh phí, cơ sở vật chất và tư liệu yếu kém
1.4.5.3 BTST trong bồi dưỡng học sinh năng khiếu vật lí
Việc sử dụng BTST trong tiết bồi dưỡng học sinh có năng khiếu vật lí nhằm phát hiện, tuyển chọn học sinh có năng lực, TDST, bồi dưỡng tính độc lập trong suy nghĩ, sáng tạo trong việc đề xuất các phương án giải bài tập và lựa chọn phương án tối ưu nhất
Các bước thực hiện một tiết bồi dưỡng học sinh năng khiếu vật lí:
-Thực hiện giải BTLT có độ khó nhất định (Huy động nhiều đơn vị kiến thức vật lí và toán học)
-Thực hiện giải BTST vật lí
Trang 3434
KẾT LU N CHƯ NG 1
Bồi dưỡng tư duy cho học sinh, đặc biệt là TDST là một nhiệm vụ quan trọng của quá trình dạy học và cũng là mục đích cuối cùng của quá trình giáo dục và đào tạo Trong môn học Vật lý ở trường THPT, BTST là phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng, rèn luyện TDST, góp phần thay đổi phương pháp dạy
và học vật lý hiện nay
TRIZ là một công cụ hỗ trợ cho sự sáng tạo, nhằm: Tăng cường tính hệ thống của quá trình sáng tạo, rút ngắn thời gian, tiết kiệm công sức Làm cho quá trình sáng tạo trở thành một khoa học, có những tiêu chí, nguyên tắc nhất định chứ không phải một quá trình mày mò, may rủi Rèn luyện khả năng sáng tạo, khả năng thích ứng, khả năng và kĩ năng giải quyết vấn đề Nội dung cơ bản của TRIZ là các NTST, quy luật của TDST, định hướng tư duy
để đi đến các sáng chế
Hiện nay, số lượng các BTST vật lí rất hạn chế và chưa được khai thác một cách có hiệu quả Thực tế đó đòi hỏi giáo viên cần nghiên cứu, vận dụng các NTST của TRIZ để xây dựng BTST và hướng dẫn học sinh giải các BTST Bằng cơ sở lí luận đã nghiên cứu ở chương 1, chương 2 chúng tôi sẽ vận dụng các NTST của TRIZ để xây dựng và sử dụng BTST vào dạy học chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 - THPT
Trang 3535
CHƯ NG 2 V N DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRI ÂY D NG
VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN”
V T LÝ 10 - TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1 Phân tích nội dung chương “Các định luật bảo toàn”
“Các định luật bảo toàn” phản ánh những quy luật vật lí đặc biệt, có tính khái quát cao hơn các định luật Niutơn vì chúng gắn liền với tính chất của không gian và thời gian
Trong chương trình vật lí phổ thông, các ĐLBT được đưa vào phần cuối của cơ học lớp 10, sau khi học sinh đã nghiên cứu và nắm chắc các kiến thức về động học chất điểm, động lực học chất điểm, tĩnh học vật rắn Chương “Các định luật bảo toàn” là nền tảng để học sinh nghiên cứu tiếp phần dao động cơ học ở lớp 12 Vì vậy, chương “Các định luật bảo toàn” có
vị trí rất quan trọng trong chương trình vật lí 10 nói riêng và chương trình vật
lí phổ thông nói chung
Ở bậc trung học cơ sở, học sinh đã được nghiên cứu các ĐLBT một cách sơ lược và định tính như ĐLBT công, ĐLBT và chuyển hóa năng lượng
Ở lớp 10, các em sẽ được học thêm nhiều khái niệm mới, được bổ sung thêm những kiến thức sâu hơn, định lượng hơn
Các ĐLBT tổng quát hơn các định luật Niutơn, chúng không chỉ bổ sung cho phương pháp động lực học khi giải các bài toán cơ học mà còn có thể thay thế hoàn toàn trong một số trường hợp không thể áp dụng được các định luật Niutơn
Theo phân phối chương trình, chương “Các định luật bảo toàn” sử dụng 14 tiết học trong đó có: 10 tiết là bài học kiến thức mới, 3 tiết là bài học
BT, 1 tiết kiểm tra, không có tiết bài học thực hành thí nghiệm
* Nội dung chương “Các định luật bảo toàn” bao gồm:
- Các khái niệm: Công cơ học, công suất, động năng, thế năng (Đàn hồi và hấp dẫn), lực thế, cơ năng và năng lượng
Trang 36- Các định luật Kêple và chuyển động của vệ tinh
- Các ứng dụng thực tiễn trong đời sống và kĩ thuật
* Grap hóa nội dung chương “các định luật bảo toàn”:
2.2 Thực trạng dạy học BTST ở một số trường THPT tại Thành phố Biên Hòa - Tỉnh Đồng Nai
Thế năng hấp dẫn
Công Động năng
Công suất
Định lí động năng
Thế năng
Thế năng đàn hồi
Trang 3737
2.2.1.1 Sách giáo khoa và sách bài tập vật lí 10
Qua tìm hiểu và thống kê bài tập và BTST chương “Các định luật bảo
toàn”, chúng tôi thu được kết quả cụ thể như sau:
* Sách cải cách giáo dục: Các BTST dưới dạng BTTN rất ít, khoảng 4/57 bài chiếm 7% nhưng mới chỉ là các dạng bài tập có nhiều cách giải (4 bài)
* Sách vật lí 10 nâng cao (từ năm 2006 trở lại đây): Các BTST đã được chú ý hơn nhưng số lượng còn hạn chế, khoảng 5/116 bài chiếm khoảng 4,3% trong đó có 2 bài tập có nhiều cách giải và 3 bài tập thực hành thí nghiệm Số lượng BTST còn ít hơn nhiều ở sách vật lí 10 cơ bản
* Trong tuyển tập các đề thi Olympic vật lí lớp 10, 11, 12 số lượng BTST
có xuất hiện nhưng rất hạn chế, chiếm khoảng 10%
2.2.1.3 Đề kiểm tra và đề thi
* Trong các đề kiểm tra, đề thi học kì, đề thi tốt nghiệp thì hầu như mới chỉ có các bài tập luyện tập nhằm kiểm tra mức độ học thuộc và áp dụng công thức để tính toán các bài tập đơn giản
* Trong đề thi tuyển sinh đại học những năm gần đây, số lượng các câu
Trang 3838 hỏi trắc nghiệm đòi hỏi tính sáng tạo được nâng lên đáng kể (chiếm khoảng 15%) đây là một điều rất đáng mừng
* Điều tra các giáo viên đang giảng dạy vật lí ở các trường:
+ THPT Tam Phước (8 giáo viên)
+ THPT Tam Hiệp (5 giáo viên)
+ THPT Nguyễn Hữu Cảnh (8 giáo viên)
2.2.2.3 Công cụ điều tra
Thông qua phiếu điều tra (Phụ lục 2.1)
2.2.2.4 Kết quả
- 100% giáo viên khẳng định vai trò và tác dụng của bài tập trong dạy học vật lí là luyện tập cho học sinh vận dụng các công thức, định luật nhằm kiểm tra đánh giá mức độ nắm bắt và vận dụng kiến thức của học sinh Bên cạnh đó, bài tập vật lí còn cung cấp một số đơn vị kiến thức cơ bản
- 76,2% giáo viên coi “độ khó của bài tập” và “mức sáng tạo của bài tập”
là như nhau Bài tập càng khó, càng vận dụng nhiều kiến thức toán học vào
để tính toán và biện luận thì tính sáng tạo càng cao, họ chưa hiểu về BTST
- 71,43% giáo viên vật lí sử dụng các bài tập khó trong các sách tham khảo
để bồi dưỡng học sinh giỏi cấp trường, cấp tỉnh, ôn thi tốt nghiệp, luyện thi đại học
- 47,65% giáo viên chưa biết cách xây dụng BTST, chưa từng sử dụng BTST, không biết mình đã từng sử dụng BTST hay chưa
- 33,3% giáo viên cho rằng rất khó để triển khai BTST trong các tiết học trên lớp vì thời gian quá ít
- 38% giáo viên thường xuyên yêu cầu học sinh làm thí nghiệm theo SGK
Trang 3939 hoặc theo yêu cầu của giáo viên
- Đa số giáo viên chưa biết và chưa vận dụng các NTST của TRIZ
2.3 ây dựng và hướng dẫn giải BTST chương “Các định luật bảo toàn”
Nhóm tác giả Phạm Thị Phú, Nguyễn Đình Thước và Nguyễn Thị Xuân Bằng đã mô hình hoá quy trình xây dựng BTST như sau
1 Q
Trên cơ sở chương 1, chúng tôi xây dựng một số bài BTST chương
“Các định luật bảo toàn” - Vật lí 10 Thứ tự trình bày trong mỗi bài như sau:
BTXP là bài tập luyện tập nhưng nếu thêm vào một yêu cầu: “Giải
bài toán theo các cách khác nhau” thì nó đã trở thành BTST Từ BTXP, thay đổi một thông số nào đó của bài toán thì sẽ được BTST Khi học sinh giải
Định hướng giải BTST
Đánh giá tính sáng tạo của BTST
NTST của TRIZ: Câu hỏi định hướng tư duy
Tính mới và tính lợi ích
Trang 4040 loại bài tập này sẽ bồi dưỡng cách nhìn nhận vấn đề dưới nhiều góc độ, toàn diện và cách giải quyết vấn đề một cách linh hoạt, khắc phục tính ì tâm lí
đang đứng yên (Hình 1) Tìm vận tốc của xe sau
đó Bỏ qua ma sát giữa xe và mặt đường Biết mặt cát rất gần chân mặt phẳng nghiêng
- Sao chép: Giữ nguyên nội dung và yêu cầu của BTXP
- Thay đổi thông số lí hóa: Thay đổi hệ số ma sát giữa vật và mặt nghiêng
BTST 1: Giải bài toán trên trong trường hợp ma sát giữa vật m và mặt
phẳng nghiêng là 0,1 theo những cách khác nhau
Các câu hỏi định hướng tư duy - các NTST vận dụng để giải BTST:
