Vận dụng triz xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý phần từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11

Vận dụng triz xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý phần từ trường và cảm ứng điện từ lớp 11

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP.HỒ CHÍ MINH

******************

NGUYỄN THỊ THU THẢO

VẬN DỤNG TRIZ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO DÙNG CHO DẠY HỌC VẬT LÝ PHẦN

“TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” LỚP 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NHẰM BỒI DƯỠNG TƯ

DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học môn vật lý

Mã số: 60 14 10

LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS PHẠM THỊ PHÚ

Thành phố Hồ Chí Minh – 2010

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn :

- Cô Phạm Thị Phú - PGS.TS Đại Học Vinh - người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và động viên khuyến khích để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này

- Quý thầy cô trong tổ phương pháp giảng dạy, khoa vật lý, thư viện, phòng khoa học công nghệ sau đại học, trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, thư viện khoa học tổng hợp đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành khóa học và luận văn thạc sĩ

- Ban giám hiệu và các thầy cô trong tổ vật lý các trường THPT Nguyễn Hữu Tiến, trường PTTH Nguyễn Hữu Cầu, trường THPT Nguyễn Huệ đã tạo điều kiện và góp ý chân thành cho tác giả trong khi làm luận văn này

Tác giả

Nguyễn Thị Thu Thảo

SGKVL11CB: Sách giáo khoa vật lý 11 cơ bản

SGKVL11NC: Sách giáo khoa vất lý 11 nâng cao

SBTVL11CB: Sách bài tập vật lý 11 cơ bản

SBTVL11NC: Sách bài tập vật lý 11 nâng cao

THPT: Trung học phổ thông

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Xã hội loài người đã và đang trải qua 4 thời kỳ văn minh : nông nghiệp, công nghiệp, thông tin

và sáng tạo Bước vào thế kỉ 21, một trong những yếu tố quan trọng để thành công về kinh tế và dần trở thành yếu tố duy nhất chính là nguồn nhân lực năng động, sáng tạo, có khả năng độc lập giải quyết vần đề và ra quyết định Nhiệm vụ đào tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu thời đại đặt trọng trách lên vai ngành giáo dục và đào tạo Để thực hiện nhiệm vụ ấy, ở các trường học, ngoài việc trang bị kiến thức, kỹ năng và phương pháp chuyên môn, việc rèn luyện tư duy sáng tạo (quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định) ngày càng trở nên cấp thiết và quan trọng

Trước đây sáng tạo được xem như một yếu tố thần bí, bẩm sinh, thiên phú thì hiện nay khoa học về sáng tạo đã đúc kết nhiều thành tựu giúp mỗi người bình thường đưa ra và thực hiện ý tưởng mới, có ích Trên thế giới có nhiều trường đại học và các công ty dạy và học tư duy sáng tạo như một môn học riêng với mục đích đào tạo ra những người biết sáng tạo một cách hiệu quả

Ở các trường học nước ta, phương pháp luận sáng tạo chưa được chú ý đúng mức trong quá trình giáo dục và đào tạo Việc rèn luyện tư duy sáng tạo cho học sinh không được quan tâm chú ý nhiều và được thực hiện gián tiếp thông qua việc học các môn học Ở môn vật lý, một trong những hoạt động giúp rèn luyện tư duy và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh là hoạt động giải bài tập Tuy nhiên phương pháp suy nghĩ chủ yếu vẫn là phương pháp thử và sai, thiếu định hướng, thiếu phương pháp khoa học gây ra sự lãng phí lớn và kém hiệu quả Hơn nữa hệ thống bài tập vật

lý trong chương trình hầu hết là những bài toán đã được phát biểu đúng, với những dữ kiện cho sẵn

đủ gợi ý cho học sinh sử dụng một vài công thức hay định luật nào đó Các bài tập như thế chỉ mang tính luyện tập giúp học sinh tái hiện các kiến thức và phương pháp đã biết, không phải là bài tập thực tế trong cuộc sống đa dạng mà các em có thể gặp Do đó việc giải bài tập như thế chưa rèn luyện và khơi gợi được tư duy sáng tạo cho học sinh, chưa làm học sinh hứng thú trong học tập và thấy được ích lợi của việc học vật lý trong đời sống Đa số học sinh và kể cả sinh viên ra trường lúng túng khi gặp các vấn đề thực trong cuộc sống, không biết cách suy nghĩ, áp dụng kiến thức nào, áp dụng như thế nào để giải quyết, không liên kết được kiến thức đã học vào thực tế công việc

và cuộc sống

Để có kết quả, việc rèn luyện tư duy sáng tạo phải được thực hiện một cách thường xuyên ngay khi học sinh còn ngồi trên ghế nhà trường Học sinh phải được rèn luyện phương pháp suy nghĩ khoa học và hiệu quả để giải quyết vấn đề Phương pháp luận sáng tạo với hạt nhân là “lý thuyết giải bài toán sáng chế” (theory of inventive problem solving, viết tắt từ tiếng nga chuyển sang kí tự lating là TRIZ) do Genrikh Saulovich Altshuller (người Nga) sáng lập cung cấp cho quá trình tư duy một công cụ hữu hiệu giúp định hướng suy nghĩ có hiệu quả cao Đó chính là chìa khoá mở ra

cho người học cánh cửa dẫn đến việc điều khiển quá trình suy nghĩ có định hướng và khoa học dẫn đến sự sáng tạo Bên cạnh việc dạy TRIZ như một môn học riêng, ta hoàn toàn có thể áp dụng TRIZ vào quá trình dạy các môn học khác, chẳng hạn như vật lý để từng bước giúp định hướng và điều khiển tư duy người học Vì thế trong dạy học vật lý, việc áp dụng TRIZ để xây dựng hệ thống các bài tập sáng tạo (BTST) nhằm rèn luyện cho học sinh cách suy nghĩ giải quyết vấn đề theo các thủ thuật, quy luật của TRIZ giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, gắn kết được kiến thức được học vào các bài toán thực tế của cuộc sống

Trong phạm vi đề tài luận văn Thạc sỹ, tôi xin đề cập đến việc vận dụng các nguyên tắc (thủ thuật) và quy luật của TRIZ để xây dựng hệ thống các BTST tạo phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” và đề xuất các phương án sử dụng BTST đã xây dựng nhằm bồi dưỡngtư duy sáng tạo cho học sinh

Do đó tôi chọn đề tài : “Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT, nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh.”

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” Vật lý 11 và

đề xuất phương án sử dụng trong dạy học

3 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 11 THPT;

- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy và học bài tập Vật lý;

4 Phạm vi nghiên cứu

- Bài tập sáng tạo dùng cho phần “ Từ trường và cảm ứng điện từ ” lớp 11 THPT

5 Giả thuyết khoa học

- Có thể vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” đảm bảo yêu cầu về tính khoa học, sư phạm, khả thi trong điều kiện hiện nay của trường THPT nước ta

- Việc sử dụng TRIZ hướng dẫn HS giải BTST trong các bài học vật lý truyền thống sẽ góp phần bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, nâng cao chất lượng dạy học

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

6.1 Tìm hiểu phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật (TRIZ)

6.2 Tìm hiểu khái niệm bài tập sáng tạo về vật lý, mối quan hệ giữa BTST và TRIZ với việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS trong dạy học

6.3 Phân tích mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ năng và nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT

6.4 Tìm hiểu thực tế dạy và học bài tập chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” ở một số trường THPT TP HCM

6.5 Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống các BTST môn Vật lý phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT

6.6 Đề xuất các phương án sử dụng hệ thống BTST đã xây dựng để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh

6.7 Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp, tính khả thi

và tính hiệu quả của dạy và họchệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ”

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu tài liệu về mục tiêu dạy học vật lý trong giai đoạn hiện nay, việc rèn luyện tư duy, năng lực sáng tạo cho học sinh

- Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật (TRIZ)

- Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập (định tính và định lượng)

7.2 Phương pháp điều tra

- Dự giờ, phiếu điều tra

- Đề tài nghiên cứu lý thuyết về phương pháp luận sáng tạo nhằm áp dụng vào việc bồi dưỡng

tư duy sáng tạo cho học sinh

- Nghiên cứu mô hình vận dụng một số nguyên tắc của TRIZ để xây dựng BTST về vật lý dùng bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, trong đó sử dụng các nguyên tắc: nguyên tắc phân nhỏ, kết hợp, đảo ngược, thay thế sơ đồ cơ học, linh động, vạn năng, chuyển sang chiều khác, sử dụng trung gian

- Nghiên cứu mô hình vận dụng một số nguyên tắc của TRIZ để đặt câu hỏi định hướng tư duy cho học sinh trong việc giải bài tập nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, trong đó sử dụng các nguyên tắc: nguyên tắc phân nhỏ, kết hợp, đảo ngược, thay thế sơ đồ cơ học, phẩm chất cục bộ, liên tục tác động có ích, giải thiếu hay thừa, chuyển sang chiều khác, linh động, vạn năng, dự phòng, sử dụng trung gian, phản trọng lượng

+ Về thực tiễn

- Xây dựng hệ thống 20 BTST về vật lý phần “từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT

- Đề xuất 6 phương án sử dụng BTST trong dạy học vật lý phần “ Từ trường và cảm ứng điện từ” để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh

- Giúp học sinh gắn kết kiến thức đã học với việc giải quyết các bài toán thực tế, hứng thú trong học tập vật lý

- Giúp học sinh được tiếp cận với phương pháp luận sáng tạo (TRIZ) để nâng cao hiệu quả tư duy sáng tạo

8 Cấu trúc luận văn

- Mở đầu (5 trang)

- Nội dung: 3 chương

Chương 1 Cơ sở lý luận xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học vật lý ở trường THPT theo phương pháp luận sáng tạo (TRIZ) (34 trang)

Chương 2 Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp

1.1.1 Mục tiêu chung của giáo dục phổ thông

Hội nghị Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam lần 2, khoá VIII đã chỉ rõ mục tiêu giáo dục trong giai đoạn mới là: “Nhiệm vụ và mục tiêu cơ bản của giáo dục nhằm xây dựng những con người gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, tham gia tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, giữ gìn phát huy các giá trị văn hoá dân tộc, có năng lực tiếp thu văn hoá nhân loại, phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tính tích cực của cá nhân, làm chủ tri thức và khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có

kỹ năng thực hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức kỷ luật, có sức khoẻ, là những người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa hồng vừa chuyên…”.[11]

Dựa vào mục tiêu chung này mà nhà trường THPT đã xây dựng các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể trong các hoạt động dạy học và giáo dục của nhà trường Mục tiêu của hoạt động dạy học Vật lý trong trường THPT cũng không nằm ngoài mục tiêu chung đã được xác định, dựa vào mục tiêu chung này mà mục tiêu cụ thể của việc dạy học Vật lý được đề ra

1.1.2 Mục tiêu nhiệm vụ cụ thể và của hoạt động dạy học vật lý ở trường THPT [14],[24]

Mục tiêu kiến thức

+ Cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức vật lý cơ bản, khoa học, hiện đại bao gồm:

- Các khái niệm về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lý thường gặp trong đời sống, kỹ thuật

- Các đại lượng, định luật và các nguyên lý vật lý cơ bản

- Những nội dung chính của một số thuyết vật lý quan trọng nhất

- Những ứng dụng phổ biến của vật lý trong đời sống, kỹ thuật

- Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và những phương pháp đặc thù của vật lý

- Biết phân tích, tổng hợp và xử lý các thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra dự đoán về các mối quan hệ, bản chất của các hện tượng vật lý, đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán

- Vận dụng kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng, quá trình vật lý, giải các bài tập vật

lý và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đời sống và sản xuất ở mức độ phổ thông

- Sử dụng các thuật ngữ vật lý, đồ thị để trình bày rõ ràng và chính xác những hiểu biết cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lý thông tin

- Rèn luyện tư duy, phát triển năng lực sáng tạo và khả năng tự học, khả năng hoạt động độc lập của học sinh

Mục tiêu thái độ

+ Giáo dục đạo đức cho học sinh và kĩ thuật tổng hợp cho học sinh, bao gồm :

- Có hứng thú học vật lý, yêu thích, tìm tòi khoa học, trân trọng những đóng góp của vật lý học trong sự tiến bộ của xã hội và công lao của các nhà khoa học

- Có thái độ khách quan, trung thực, tác phong tỉ mỉ, chính xác, cẩn thận, có tinh thần hợp tác trong việc học môn vật lý, áp dụng các hiểu biết đạt được

- Có ý thức vận dụng các hiểu biết của vật lý vào đời sống kĩ thuật nhằm cải thiện điều kiện sống

và học tập, bảo vệ môi trường sống tự nhiên

Nhiệm vụ cụ thể

Từ những mục tiêu cụ thể đã đề ra, các nhiệm vụ cụ thể của hoạt động dạy học vật lý bao gồm:

- Nhiệm vụ thứ nhất là cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức vật lý , khoa học, hiện đại và các kĩ năng kĩ xảo vật lý

- Nhiệm vụ thứ hai là góp phần cùng các môn học khác rèn luyện tư duy, bồi dưỡng năng lực sáng tạo và khả năng tự học cũng như khả năng hoạt động độc lập của học sinh Để thực hiện nhiệm

vụ này, người giáo viên phải nắm vững quá trình nhận thức, hiểu rõ các phẩm chất tư duy sáng tạo của các hoạt động tự lực và phương pháp bồi dưỡng chúng Đồng thời phải có nghệ thuật kết hợp việc rèn luyện này với quá trình dạy học vật lý

- Nhiệm vụ thứ ba là góp phần giáo dục thế giới quan và nhân cách, đạo đức cho học sinh

- Nhiệm vụ thứ tư là giáo dục kỉ thuật tổng hợp cho học sinh

 Các mục tiêu và nhiệm vụ trên có mối liên hệ biện chứng với nhau và được thực hiện đồng thời trong hoạt động dạy học vật lý ở nhà trường Tuy nhiên hiện nay nhiều giáo viên hầu như chỉ tập trung chú ý đến việc cung cấp hệ thống kiến thức và các kỹ năng vật lý cho học sinh và không chú ý đúng mức đến các mục tiêu còn lại, đặc biệt là nhiệm vụ bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh Trong khi đó xã hội ngày nay với tốc độ phát triển quá nhanh của khoa học công nghệ và lượng tri thức khổng lồ đòi hỏi những con người có trí tuệ năng động và tư duy sáng tạo như

T.Edison đã nói: “Nhiệm vụ quan trọng nhất của nền văn minh là dạy con người biết suy nghĩ.” Chính vì thế mà việc nghiên cứu để thực hiện mục tiêu nhiệm vụ bồi dưỡng tư duy sáng tạo là điều hết sức cần cấp thiết trong giai đoạn hiện nay của giáo dục và đào tạo

1.2 Bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý

1.2.1 Khái niệm tư duy

Theo tâm lý học, tư duy là quá trình phân tích và tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá trên con đường tìm ra cái mới.[30]

Nói rõ hơn, tư duy là một quá trình nhận thức phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ và quan hệ có tính chất quy luật của sự vật, hiện tượng trong hiện thực khách quan phổ biến giữa chúng.[14, tr.40]

* Các đặc điểm của tư duy trong học tập vật lý [14; tr.40, tr.41, tr.43]

 Tư duy chỉ bắt đầu từ tình huống có vấn đề

Vấn đề là một câu hỏi, một nhiệm vụ mà bằng kiến thức và kinh nghiệm cũ học sinh chưa thể trả lời hay giải quyết được Tình huống có vấn đề là trạng thái tâm lý trong đó học sinh nhận thức được vấn đề và có nhu cầu giải quyết vấn đề đó

Trong quá trình dạy học giáo viên tổ chức cho học sinh thấy được vấn đề và mong muốn giải quyết nó thì quá trình tư duy bắt đầu Có nhiều hình thức tham gia của học sinh vào bài học như làm việc với sách giáo khoa, tài liệu tham khảo, thảo luận nhóm, tham gia các trò chơi vật lý, tự lực giải bài tập, làm những thí nghiệm đơn giản Chính các hoạt động cụ thể này sẽ kích thích hứng thú học tập cho học sinh và trên cơ sở đó hoạt động tư duy diễn ra mạnh mẽ

 Tư duy có tính khái quát và gián tiếp

Tư duy khái quát vì nó phản ánh thuộc tính chung, mối liên hệ chung cho các sự vật hiện tượng.Tư duy gián tiếp vì nó phải sử dụng công cụ là ngôn ngữ

 Tư duy có quan hệ mật thiết với ngôn ngữ

Ngôn ngữ là phương tiện của tư duy vì ngay từ khâu mở đầu của tư duy là tình huống có vấn đề đến quá trình thực hiện các thao tác tư duy và sản phẩm của tư duy là các khái niệm, phán đoán, suy

lý đều phải sử dụng ngôn ngữ Do đó rèn luyện ngôn ngữ cho học sinh rất quan trọng, nhất là ngôn ngữ của các khái niệm, đại lượng, định luật vật lý Việc nắm vững kiến thức không chỉ diễn ra trong đầu học sinh mà phải được phát biểu ra bằng lời thông qua việc mô tả các hiện tượng vật lý, giải thích chúng, tìm ra trong đó các đại lượng đặc trưng và các định luật chi phối chúng Cần tránh việc chỉ yêu cầu học sinh trả lời những câu hỏi đơn giản như phát biểu định nghĩa, định luật…Trong các

bài tập vật lý cần chú trọng đến việc phân tích hiện tượng, phân tích các dữ kiện và phân tích kết quả đạt được

 Tư duy không tách rời nhận thức cảm tính

Tư duy thường bắt đầu từ nhận thức cảm tính và trong quá trình tư duy phải sử dụng nguồn tài liệu do nhận thức cảm tính thu nhận được Ngược lại kết quả của tư duy làm cho nhận thức cảm tính nhạy bén hơn Vì thế việc rèn luyện và kích thích năng lực quan sát của học sinh là điều quan trọng

Sự quan sát diễn ra dưới định hướng của giáo viên và thường là quan sát hình ảnh, hình vẽ, sơ đồ,

mô hình thí nghiệm vật lý

 Tư duy là một quá trình với các thao tác trí tuệ cụ thể

Tư duy là một quá trình vì nó có nảy sinh, diễn biến và kết thúc Tư duy có những thao tác cụ thể như phân tích và tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hoá và cụ thể hoá Vì thế cần rèn luyện các thao tác tư duy trên các đối tượng vật lý Giáo viên cần có những biện pháp giúp học sinh chủ động tư duy và biết phương pháp tư duy hiệu quả trong quá trình dạy kiến thức và rèn luyện kĩ năng cho học sinh Bên cạnh đó cần rèn luyện cho học sinh tư duy biện chứng

* Cơ sở vật chất và tinh thần của tư duy [28]

Cơ sở vật chất và tinh thần của tư duy bao gồm: cơ sở sinh lý thần kinh, sức khỏe và nhu cầu vật chất

Cơ sở sinh lí thần kinh của tư duy là sự hoạt động của vỏ đại não Hoạt động của bộ não cần sự cung cấp dưỡng chất và năng lực nên phải có sức khoẻ dồi dào bao gồm: sức khoẻ thể chất, tinh thần và sức khoẻ tâm lí xã hội.[25, tr.74] Do đó tuỳ theo điều kiện thể lực và điều kiện sống mà mỗi người cần rèn luyện sức khoẻ, đảm bảo điều kiện cho hoạt động tư duy tốt

Cơ sở tinh thần của tư duy bao gồm sự tôn trọng, không khí làm việc thoải mái, có sự động viên, khen thưởng hợp lý

Vì thế khi tiến hành xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo và dạy học vật lý, giáo viên cần chú ý đến tính thực tế của bài tập với học sinh đang dạy, tạo không khí làm việc thoải mái, đặc biệt là hết sức tôn trọng ý tưởng của các em, động viên khen thưởng kịp thời những ý tưởng sáng tạo Giáo viên rèn luyện cho học sinh tôn trọng ý tưởng của nhau, không cười giễu, chê bai ý tưởng của bạn mình

*Các loại tư duy

Có thể chia tư duy thành ba loại cơ bản: [28, tr.62]

- Tư duy logic hình thức (tư duy logic): Tư duy logic dựa trên luật bài trung và tam đoạn luận Luật bài trung quy định A là A chứ không thể vừa là A vừa không là A được Tam đoạn luận trước hết khẳng định một tính chất α chung cho mọi phần tử thuộc tập hợp A; sau đó khẳng định một phần

tử a thuộc tập hợp A và kết luận phần tử A cũng có tính chất α Tư duy logic chỉ dùng cho đối tượng

ở trạng thái yên tĩnh, nếu đối tượng vận động thì phải dùng tư duy logic biện chứng (gọi là tư duy biện chứng)

- Tư duy biện chứng: bác bỏ luật bài trung, chấp nhận A vừa là A vừa không là A Đó là chân lí của sự vận động Vì vận động là thường xuyên, yên tĩnh chỉ là tạm thời nên tư duy biện chứng đóng vai trò quan trọng trong suy nghĩ của con người

- Tư duy hình tượng: là kiểu tư duy mà sản phẩm tạo ra bằng hư cấu, bằng tưởng tượng ra những đối tượng theo quan điểm thẫm mĩ nhất định giúp hình dung ra các sự vật, hiện tượng, con người với khả năng vốn có của chúng

Từ ba loại tư duy cơ bản trên, xét về mức độ độc lập, người ta chia tư duy ra thành bốn bậc: [14, tr.65]

- Tư duy lệ thuộc: suy nghĩ dựa dẫm vào tư duy người khác

- Tư duy độc lập: tư duy của những người có chính kiến riêng trong một lĩnh vực nào đó

- Tư duy phê phán: chỉ người có tư duy độc lập và biết phán xét sự việc bằng khả năng quan sát, phân tích và tổng hợp

- Tư duy sáng tạo: tư duy của ngững người biết phê phán sự việc và đề ra những giải pháp mới nhằm phát huy ưu điểm và khắc phục các thiếu sót

1.2.2 Khái niệm sáng tạo [5]

Sáng tạo là hoạt động tạo ra cái gì đó đồng thời có tính mới và tính ích lợi

+ Tính mới: là sự khác biệt của đối tượng cho trước với đối tượng cùng loại trước đó về mặt thời gian (đối tượng tiền thân);

+Tính ích lợi: chỉ thể hiện khi đối tượng cho trước hoạt động theo đúng chức năng trong phạm vi

áp dụng

Trong dạy học người ta có thể phân biệt sáng tạo ở hai cấp độ là sáng tạo cái mới đối với bản thân và sáng tạo cái mới đối với nhân loại Trong quá trình học tập vật lý của học sinh sáng tạo chủ yếu là sáng tạo tự nhiên ở cấp độ thứ nhất Sáng tạo để nắm vững các kiến thức vật lý như các khái niệm, định luật, vận dụng kiến thức vật lý để giải bài tập, lập các mô hình vật lý, các thiết bị ứng dụng nguyên lý vật lý…, sáng tạo để cải tiến những cái cũ Như vậy sự sáng tạo trước hết là sự lao động bền bỉ với cảm hứng nhất định Không có lao động nhận thức để tích luỹ dữ kiện thì không có sáng tạo [14, tr.42] Vì thế muốn sáng tạo học sinh phải được trang bị kiến thức khoa học đầy đủ và chính xác và phải luyện tập tự mình làm việc, tự mình suy nghĩ giải quyết các vấn đề một cách thường xuyên và đúng hướng

1.2.3 Khái niệm tư duy sáng tạo [4]

Tư duy sáng tạo là quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định

Nói cách khác tư duy là quá trình suy nghĩ để đưa người giải:

+ Từ không biết cách đạt mục đích đến biết cách đạt mục đích hoặc;

+ Từ không biết cách tối ưu đạt mục đích đến biết cách tối ưu để đạt mục đích trong một số cách đã biết

Khi học sinh gặp một vấn đề mà chưa biết cách để giải hoặc biết một số cách giải nhưng chưa biết cách tối ưu để giải sẽ giúp học sinh bắt đầu một quá trình tư duy sáng tạo

1.2.4 Các biện pháp phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

- Để rèn luyện tư duy sáng tạo cho học sinh có thể có những cách sau đã được nêu ra: [23]

a) Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới

Tổ chức nhận thức vật lý theo chu trình sáng tạo sẽ giúp học sinh trên con đường hoạt động sáng tạo dễ nhận biết được chỗ nào có thể suy nghĩ dựa trên hiểu biết đã có, chỗ nào phải đưa ra kiến thức mới, giải pháp mới Việc tập trung sức lực vào chỗ mới sẽ giúp học sinh hoạt động sáng tạo có hiệu quả, rèn luyện tư duy trực giác nhạy bén, phong phú

b) Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết

Dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học Dự đoán chủ yếu dựa vào trực giác, kinh nghiệm và kiến thức sâu sắc về một lĩnh vực nào đó Có thể có các cách dự đoán sau trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức:

- Dự đoán dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có;

- Dự đoán dựa trên sự tương tự;

- Dự đoán dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả;

- Dự đoán dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hay cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng;

- Dự đoán dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình;

- Dự đoán dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác;

- Dự đoán về mối quan hệ định lượng

c) Luyện tập đề xuất phương án để kiểm tra dự đoán

Để kiểm tra dự đoán, giả thuyết có phù hợp với thực tế không, phải suy luận ra hệ quả có thể quan sát trong thực tế và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng Quá trình rút ra hệ quả thường áp dụng suy luận logic hay suy luận toán học Sự suy luận này phải đảm bảo đúng quy tắc, quy luật, không

phạm sai lầm Những quy tắc và quy luật đó đều đã biết nên không đòi hỏi sự sáng tạo thật sự Vấn

đề đòi hỏi sự sáng tạo ở đây là đề xuất được phương án kiểm tra hệ quả đã rút ra được

d) Giải các bài tập sáng tạo

 Mục đích của hoạt động giải bài tập vật lý trong quá trình dạy học:

- Bài tập vật lý (BTVL) là một phương tiện, phương pháp dạy học truyền thống đặc thù của môn vật lý; BTVL có chức năng giáo dưỡng, phát triển tư duy và giáo dục kỹ năng tổng hợp BTVL có thể sử dụng trong tất cả các yếu tố cấu trúc của quá trình của quá trình dạy học từ việc tạo tình huống có vấn đề, xây dựng kiến thức hình thành kỹ năng mới đến củng cố ôn tập hệ thống hoá kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của học sinh Tuy nhiên trong luận văn này chúng tôi muốn xem xét BTVL với chức năng là phương tiện bồi dưỡng tư duy học sinh, đặc biệt là tư duy sáng tạo

 BTVL nào thực hiện được chức năng bồi dưỡng tư duy sáng tạo? Có nhiều cách phân loại BTVL tuỳ thuộc vào mục đích phân loại Trong đề tài này, với mục đích xây dựng và sử dụng BTVL để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, chúng tôi chọn cách phân loại theo phương pháp luận sáng tạo (PPLST)

 Phân loại bài tập vật lý

- Trong sáng tạo học, theo yêu cầu rèn luyện kỹ năng tư tuy sáng tạo cho học sinh, dựa vào tính thực tế của nội dung bài toán người ta phân ra hai loại bài tập:

+ Bài toán cụ thể được phát biểu đúng (bài toán đúng): là những bài toán có hai phần: giả thiết và kết luận Phần giả thiết trình bày những cái cho trước, đủ để giải bài toán, phần kết luận chỉ ra mục đích cần đạt cụ thể Đây là loại bài toán giáo khoa mà học sinh đang được rèn luyện phổ biến hiện nay Những bài toán này chỉ mới có tác dụng chủ yếu trong việc củng cố kiến thức lý thuyết, rèn luyện kỹ năng vận dụng Vì thế về mặt tư duy bài tập này chỉ có tác dụng tái hiện kiến thức và phương pháp đã biết khi các em áp dụng những cách giải quen thuộc được cung cấp, các công thức

đã được gợi ý trong giả thiết đã cho để giải, chưa có tác dụng nhiều trong việc phát triển tư duy sáng tạo

+ Bài tập sáng tạo (tình huống vấn đề xuất phát): phần giả thiết có thể thiếu hay thừa, hay vừa thiếu vừa thừa, phần kết luận nêu mục đích chung chung, không rõ ràng, không chỉ ra cụ thể đi tìm cái gì, không gợi ý các công thức hay định luật cần sử dụng rõ ràng qua giả thiết cho trước Loại bài tập này có tác dụng rèn luyện các phẩm chất của tư duy sáng tạo: tính linh hoạt, tính mềm dẻo, độc đáo và nhạy cảm Loại bài tập này chưa có nhiều trong thực tiễn dạy học vật lý

V.G Razumoxki phân biệt hai loại bài tập sáng tạo tương ứng với hai pha quan trọng trong quá trình sáng tạo khoa học vật lý đó là từ sự kiện cảm tính tới việc xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lý thuyết và những quy luật nhất định của hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm Giai đoạn thứ nhất đòi hỏi sự giải thích hiện tượng trả lời câu hỏi tại sao? Giai đoạn thứ hai đòi hỏi thực hiện một hiện tượng hiện thực đáp ứng yêu cầu đã cho, nghĩa

là trả lời câu hỏi làm thế nào? Tương ứng với hai trường hợp đó là hai loại bài tập là bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo

 Bài toán đúng (bài toán giáo khoa) chỉ giúp cho HS luyện tập, tái hiện kiến thức đã biết, chưa

có tác dụng nhiều trong việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo Do đó để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý cần sử dụng các bài tập sáng tạo (BTST) vật lý

1.3 Thực trạng thực hiện mục tiêu bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy môn vật lý ở trường THPT hiện nay

Tinh thần cơ bản của đổi mới giáo dục hiện nay là phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh trong học tập Tuy nhiên có thể nói rằng việc thực hiện mục tiêu bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh vẫn còn đang trì trệ và chưa được quan tâm đúng mức Có nhiều nguyên nhân của tình trạng này có thể kể đến như :

- Giáo viên vẫn chủ yếu sử dụng các phương pháp dạy học truyền thống để truyền tải hết nội dung kiến thức cho học sinh với cái đích nhắm tới là tỉ lệ học sinh đậu tốt nghiệp trung học phổ thông và đại học cao Do đó nhiệm vụ quan trọng của giáo viên là truyền tải hệ thống kiến thức vật

lý chính xác, khoa học đến học sinh và rèn luyện kỹ năng vật lý chủ yếu là kỹ năng giải bài tập với các dạng bài tập luyện tập phổ biến thường gặp ở các kì thi Giáo viên chưa thấy được sự cấp thiết của mục tiêu dạy học mà chúng ta đang kỳ vọng hiện nay

- Chương trình học và khối lượng kiến thức vật lý cần truyền tải cho học sinh là quá lớn so với thời lượng hạn chế dành cho môn học Chính áp lực này đã gây cản trở cho giáo viên trong việc đổi mới phương pháp dạy học để bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy vật lý

- Một khó khăn nữa là sĩ số lớp học quá đông, có thể lên đến 40, 50 HS mỗi lớp, giáo viên khó tổ chức các hoạt động học tập bồi dưỡng tư duy sáng tạo và qua tâm đến hiệu quả đối với từng em

- Cơ sở vật chất còn thiếu thốn, đa số các trường không có phòng học bộ môn hay nếu có thì phòng ốc nhỏ và thiếu thốn các phương tiện thí nghiệm, ví dụ như các bộ dụng cụ ít dẫn đến việc mỗi nhóm làm khá đông học sinh, các em không tham gia đầy đủ vào các bài tập thí nghiệm được

mà thường chỉ đứng xem hay lơ là Hơn nữa chất lượng các đồ dùng không tốt cũng gây khó khăn cho việc triển khai các bài tập thí nghiệm, bài tập gắn với thực tế

- Một khó khăn cụ thể nữa là việc rèn luyện tư duy sáng tạo cần có những bài tập sáng tạo Tuy nhiên hệ thống bài tập giáo viên cho học sinh làm hiện nay đa số là bài tập luyện tập, hệ thống bài tập sáng tạo chưa nhiều và cũng không được chú trọng trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo hay đề cương của các trường Hơn nữa giáo viên cũng chưa được phổ biến phương pháp bồi dưỡng tư duy sáng tạo có hiệu quả, đó chính là phương pháp luận sáng tạo TRIZ với các thủ thuật sáng tạo đang được áp dụng trên thế giới

1.4 Ý tưởng góp phần nâng cao hiệu quả thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở trường THPT giai đoạn hiện nay

Như vậy nhiệm vụ cấp bách và mang tính chiến lược hiện nay trong giáo dục đào tạo là rèn luyện

và bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh nhằm đào tạo ra những người biết cách suy nghĩ và giải quyết vấn đề một cách khoa học và hiệu quả Trong những biện pháp đã trình bày, hoạt động giải các bài tập sáng tạo là một hoạt động giúp bồi dưỡng tư duy thường xuyên và hiệu quả Tuy nhiên

đa số giáo viên chỉ mới dừng lại ở việc cho học sinh tự suy nghĩ để giải các bài tập mà chưa cung cấp cho các em con đường, cách thức để suy nghĩ cho hiệu quả Giáo viên có thể tổng hợp và đưa ra rất nhiều các dạng bài tập trong chương trình để học sinh có thể giải các bài tập tương tự, việc làm

đó giúp học sinh có kết quả tốt trong các kì kiểm tra hay trong khi giải các bài tập giáo khoa quen thuộc Tuy nhiên cách làm như thế chưa thật sự hiệu quả đối với việc phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh, giúp các em biết cách suy nghĩ và giải quyết khi gặp các vấn đề thật trong cuộc sống, đó chính là các bài tập sáng tạo

Hơn nữa hiện nay bài tập sáng tạo không có nhiều, có thể nói là rất ít và cũng không được sử dụng rộng rãi, không được áp dụng chính thức trong chương trình dạy học Vật lý Vì thế mà ý tưởng xây dựng nên các bài tập sáng tạo sử dụng vào dạy học vật lý là thiết thức góp phần vào việc thực hiện nhiệm vụ quan trọng của quá trình dạy học vật lý nói riêng và dạy học nói chung, đó là bồi dưỡng tư duy sáng tạo

Giáo viên chưa được cập nhật nhiều về các phương pháp giúp tư duy sáng tạo khoa học và hiệu quả Học sinh chủ yếu giải bài tập dựa vào kinh nghiệm cá nhân với cách suy nghĩ tự nhiên mò mẫm chưa hiệu quả, chưa thể điều khiển được quá trình suy nghĩ của mình sao cho đúng hướng theo một cơ chế định hướng nhất định Vì thế mà các em mất nhiều thời gian để suy nghĩ, ý tưởng phát ra

là ngẫu nhiên mà chính bản thân người giải cũng không hiểu tại sao mình nghĩ ra như vậy Do đó điều cần thiết và rất có ích cho các em trong việc phát triển tư duy sáng tạo chính là việc được cung cấp một phương pháp và công cụ giúp tư duy theo cơ chế định hướng để đi đến lời giải

Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp sáng tạo : phương pháp não công, phương pháp đối tượng tiêu điểm, phương pháp các câu hỏi kiểm tra, phương pháp phân tích hình thái, phương pháp luận sáng tạo (lý thuyết giải bài toán sáng chế TRIZ)….TRIZ là phương pháp luận tìm kiếm những giải pháp kĩ thuật mới, cho những kết quả khả quan ổn định khi giải các bài toán khác nhau, thích hợp cho việc dạy và học của đông đảo quần chúng [11, tr.27]

Xuất phát từ nhiệm vụ bức thiết đề ra cho quá trình dạy học, từ những hạn chế đang gặp trong việc thực hiện nhiệm vụ ấy và từ vịêc tìm hiểu môn phương pháp luận sáng tạo (TRIZ) trang bị cho người học những công cụ để tư duy sáng tạo, chúng tôi cho rằng việc vận dụng TRIZ để xây dựng nên hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý và dùng hệ thống bài tập đó để bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh sẽ góp phần bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS thực hiện nhiệm vụ phát triển tư duy trong dạy học môn vật lý ở trường phổ thông

1.5 Phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật

1.5.1 Vài nét về lịch sử của TRIZ [4], [11]

Khoa học về tư duy sáng tạo đã được đặt nền móng từ thế kỷ thứ ba nhưng chưa được chú ý và phát triển Đến cuối thế kỉ 19, đầu thế kỷ 20 các nhà tâm lý học bắt đầu nghiên cứu về tâm lý sáng tạo khoa học và kỹ thuật nhưng cách tiếp cân và nghiên cứu này đối với tư duy sáng tạo gặp nhiều khó khăn không vượt qua được nên không đưa thêm được những kết quả mới về mặt nguyên tắc, vì gốc của vấn đề tư duy sáng tạo lại nằm bên ngoài tâm lý

Từ các thông tin về sáng chế (là các giải pháp kỹ thuật có tính mới và đem lại lợi ích) được công nhận cấp bằng tác giả hay patent chính xác và tin cậy, người ta tìm ra nhiều thủ thuật dùng cho

tư duy sáng tạo khoa học kỹ thuật Các thủ thuật này giúp các nhà sáng chế định hướng suy nghĩ và đưa ra các ý tưởng độc đáo trong nhiều trường hợp Tuy nhiên việc sử dụng còn phức tạp và chưa thể khai thác hiệu quả Từ những năm 40 của thế kỷ này, người ta đưa ra những phương pháp tích cực hoá tư duy, có mục đích là tăng năng suất phát ý tưởng Đến nay con số các phương pháp đã lên tới ba mươi, có thể kể đến các phương pháp tiêu biểu: phương pháp não công, phương pháp đối tượng tiêu điểm, phương pháp các câu hỏi kiểm tra, phương pháp phân tích hình thái…Tuy nhiên các phương pháp này chỉ mới hạn chế được một phần nhược điểm của phương pháp thử và sai, còn khá nhiều hạn chế

Từ 1946, G.S.Altshuller bắt đầu nghiên cứu xây dựng lý thuyết giải bài toán sáng chế (TRIZ) TRIZ về mặt nguyên tắc khác với phương pháp thử và sai cùng các phương pháp tích cực hoá tư duy Tiên đề cơ bàn của TRIZ là: các hệ kỹ thuật phát triển tuân theo các quy luật khách quan, nhận thức được Chúng được phát hiện và sử dụng một cách có ý thức để giải bài toán sáng chế

Sáng tạo học, cụ thể là TRIZ hình thành và phát triển ở Nga, sau đó lan ra nhiều nước khác Đặc biệt ở Mĩ, từ năm 1991 TRIZ phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng Ở nước ta những hoạt động liên quan đến khoa học về tư duy sáng tạo mới thực sự bắt đầu vào cuối thập kỉ 70 và còn mang tính tự phát, không thuộc hệ thống giáo dục “Trung tâm sáng tạo khoa học kỹ thuật” do Phan Dũng sáng lập đã hoạt động có hiệu quả

1.5.2 Đối tượng, mục đích, lợi ích của phương pháp luận sáng tạo

Đối tượng mà môn học nghiên cứu và hoàn thiện là tư duy sáng tạo - quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định của mỗi người

Mục đích: trang bị cho người học hệ thống các phương pháp và kỹ năng cụ thể, giúp họ nâng cao năng suất, hiệu quả và về lâu dài tiến tới điều khiển tư duy sáng tạo của họ

Các ích lợi: nếu giải quyết các vấn đề không tốt và đưa ra quyết định sai, ta phải trả giá về thời gian sức khoẻ, phương tiện vật chất…Phương pháp luận sáng tạo giúp định hướng đúng và khoa học trong việc giải quyết các vấn đề

1.5.3 Tổng quan cách tiếp cận xây dựng phương pháp luận sáng tạo - TRIZ [4]

1.5.3.1 Phương pháp thử và sai

* Phương pháp thử và sai là cách suy nghĩ tự nhiên của mỗi người để giải quyết vần đề và ra quyết định, người suy nghĩ hiếm khi suy nghĩ về cách suy nghĩ của mình và tìm cách cải tiến chúng Khi gặp vấn đề, chủ thể thường nghĩ ngay đến việc áp dụng các các ý tưởng sẵn có trong trí nhớ Sau khi phát hiện ra những “phép thử” đó là “sai”, người giải tiến hành các phép thử khác Chính kiến thức và kinh nghiệm riêng của người giải luôn luôn có khuynh hứng đưa người giải đi theo con đường mòn đã hình thành trong quá khứ Nếu phép thử đó sai, người giải trở nên mất tự tin và các phép thử tiếp theo nhiều khi mang tính chất hú hoạ, mò mẫm Thông thường người giải sẽ tốn khá nhiều phép thử - sai khi gặp bài toán khó mà chưa chắc đã có thể tìm ra lời giải

* Ưu nhược điểm của phương pháp thử và sai:

Phương pháp thử và sai thích hợp với những bài toán có số phép thử khá nhỏ và trả giá cho mỗi phép thử có thể chấp nhận được.Ưu điểm lớn nhất của phép thử và sai là nó chính là cơ chế của sự tiến hoá và phát triển trong tự nhiên, xã hội, tư duy cho đến thời gian gần đây

* Nhược điểm của phương pháp thử và sai là lãng phí lớn về thời gian, chất xám, các tiêu chuẩn đánh giá “đúng”, “sai” mang tính củ quan và ngắn hạn, năng suất phát ý tưởng thấp, nhược điểm lớn nhất là thiếu cơ chế định hướng tư duy về phía lời giải

Chính do tính ì tâm lý và các kinh nghiệm đã có luôn có xu hướng đưa người giải về lối mòn cũ hay phát ý tưởng mò mẫm thiếu định hướng mà không biết có đi đến lời giải hay không Tuy phương pháp thử và sai trước đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi, quen thuộc và cũng đã có nhiều thành tựu nhưng đó chưa phải là phương pháp tối ưu giúp hoàn thiện tư duy của mỗi người Cần phải có một công cụ lao động giúp suy nghĩ hiệu quả hơn thay cho suy nghĩ thử và sai tự nhiên và thô sơ Đó chính là cơ chế định hướng giúp người giải định hướng đúng để đi đến lời giải Khi có công cụ trong tay thì việc tư duy giải quyết vấn đề không phải chỉ dành cho thiên tài mà chia đều cho mọi người bình thường, ai cũng có thể đi đến lời giải một cách khoa học

1.5.3.2 Ý tưởng cơ bản và nguồn gốc TRIZ – lý thuyết giải bài toán sáng chế

Phương pháp thử và sai với nhiều nhược điểm không đáp ứng yêu cầu của sự phát triển và giải quyết các vấn đề hiện đại Hiện nay trên thế giới có khá nhiều phương pháp luận sáng tạo được xây dựng trên cơ sở tiếp cận khác nhau như: phương pháp não công, phương pháp đối tượng tiêu điểm, phương pháp phân tích hình thái và lý thuyết giải bài toán sáng chế (viết tắt theo tiếng Nga và chuyển sang kí tự latinh có nghĩa là TRIZ)

Ý tưởng cơ bản dẫn đến việc xây dựng TRIZ là khoa học có nhiệm vụ phát hiện ra các quy luật, khoa học sáng tạo cũng không nằm ngoài quy tắc chung đó Sáng tạo tạo ra sự phát triển nên đi tìm các quy luật sáng tạo là đi tìm quy luật của sự phát triển Quan niệm đi tìm quy luật sáng tạo không

phải là các quy luật tâm sinh lý mà là đi tìm quy luật của sự phát triển nói chung nhằm xây dựng cơ chế định hướng trong tư duy sáng tạo Sự phát triển của nền văn minh chủ yếu do việc con người sử dung công cụ lao động ngày càng hoàn thiện dựa trên các phát minh khoa học liên quan đến các quy luật khách quan chứ không phải do các quy luật tâm sinh lý của con người Như vậy việc nghiên cứu các quy luật khách quan về sự phát triển sẽ giúp sáng chế ra hệ thống công cụ cho tư duy sáng tạo Tuy nhiên quy luật tâm sinh lý cũng rất quan trọng đối với việc thiết kế và sử dụng phương pháp luận sáng tạo

* Các nguồn kiến thức và thành tựu của nhiều bộ môn khoa học kĩ thuật được TRIZ kế thừa:

- Phép duy vật biện chứng cung cấp phương pháp luận nghiên cứu các quy luật chung nhất về sự phát triển trong cả ba lĩnh vực : tự nhiên, xã hội, tư duy

- Các thông tin về patent là những thông tin tin cậy về sự phát triển

- Các lý thuyết hệ thống, thông tin, điều khiển học, ra quyết định, các phươn pháp dự báo cung cấp thông tin về sự phát triển trong nhiều lĩnh vực làm cơ sở cho TRIZ

- Các yếu tố tâm sinh lý phù hợp với người sử dụng TRIZ cần được quan tâm Vì thế tâm lý học sáng tạo là một trong những nguồn kiến thức của TRIZ

- Những sáng chế khoa học mức cao thường sử dụng các hiệu ứng khoa học độc đáo ít người biết đến Vì thế TRIZ còn đặt mục đích xây dựng cơ sở kiến thức, các phương tiện giúp nhà sáng chế tra cứu và sử dụng hiệu ứng khoa học một cách thuận tiện

Lý thuyết thông tin

hệ sinh học

Lịch sử phát triển của khoa học và công nghệ

Các kiến thức khoa học cần cho người sáng tạo tạo

Phê bình các phương pháp sáng tạo đã có

T R

I

Z

- Ngoài ra TRIZ còn phê phán các phương pháp luận sáng tạo khác nhằm thừa kế ưu điểm và khắc phục các khuyết điểm

 Có thể nói cho đến thời điểm hiện nay phương pháp luận sáng tạo dựa trên TRIZ là một lý thuyết lớn với hệ thống công cụ tương đối hoàn chỉnh trong khoa học sáng tạo bao gồm 9 quy luật phát triển hệ thống, 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản dùng khắc phục các mâu thuẫn kỹ thuật, 11 biến đổi mẫu dùng khắc phục các mâu thuẫn vật lý, hệ thống 76 chuẩn dùng để giải bài toán sáng chế, chương trình giải các bài toán Ngoài ra người sử dụng còn có thể tổ hợp những thành phần này lại theo vô vàn cách để có sự đa dạng vô tận

1.5.4 Nội dung cơ bản của TRIZ

1.5.4.1 Một số khái niệm cơ bản [4]

Trong phương pháp luận sáng tạo (PPLST) và trong luận văn này, chúng tôi sử dụng các thuật ngữ với nội hàm tương ứng như sau:

- Phương pháp luận là hệ thống các phương pháp;

- Sáng tạo: hoạt động tạo ra bất cứ cái gì có đồng thời tính mới và tính ích lợi

+ Tính mới: là sự khác biệt của đối tượng cho trước với đối tượng cùng loại trước đó về mặt thời gian (đối tượng tiền thân)

+ Tính ích lợi: chỉ thể hiện khi đối tượng cho trước hoạt động theo đúng chức năng trong phạm

vi áp dụng

* Để đánh giá đối tượng cho trứớc có phải là sáng tạo hay không TRIZ đưa ra chương trình gồm 5 bước sau:

1 Chọn đối tượng tiền thân;

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

3 Tìm “tính mới” của đối tượng cho trước;

4 Trả lời câu hỏi: “Tính mới đem lại lợi ích gì? Trong phạm vi áp dụng nào?”

Cơ sở triết học của TRIZ là phép biện chứng duy vật với ba quy luật cơ bản: quy luật phủ định của phủ định, quy luật chuyển những thay đổi về lượng thành những thay đổi về chất, quy luật thống nhất và đấu tranh giữa các mặt đối lập

Sáng tạo là sự phát triển vừa có tính vừa có tính ích lợi Bài toán sáng tạo là bài toán nảy sinh khi

có mâu thuẫn trong hệ thống, giải bài toán sáng tạo là phát hiện mâu thuẫn và giải quyết mâu thuẫn

để đưa hệ thống sang trạng thái thống nhất mới (tính mới), đáp ứng nhu cầu của người giải – chủ thể sáng tạo (tính ích lợi) TRIZ tìm ra những công cụ cụ thể giúp chủ thể phát hiện mâu thuẫn và giải quyết mâu thuẫn trong bài toán sáng tạo

TRIZ phân biệt ba loại mâu thuẫn:

- Mâu thuẫn hành chính là mâu thuẫn giữa “biết mục đích cần đạt” nhưng “không biết cách đạt mục đích” Mâu thuẫn này tạo ra sự không thống nhất: người giải không có được cái mình muốn có – đây là bài toán vấn đề (bài toán sáng tạo) của người giải, mâu thuẫn này chính là mâu thuẫn bề ngoài (bề nổi) [25]

- Mâu thuẫn kỹ thuật phát biểu: bằng cách làm quen biết này để giải bài toán thì một mặt A nào

đó của đối tượng tốt lên (được lợi) nhưng lại kéo theo mặt B của đối tượng bị xấu đi (bị hại); có thể

mô hình hoá mâu thuẫn kỹ thuật: A↑→B↓ [25]

Để giải quyết mâu thuẫn kỹ thuật cần lưu ý:

+ Khi đưa ra lời giải để làm mặt A tốt lên, cần tìm hiểu xem có mặt nào khác (mặt B) xấu đi không;

+ Nếu cái xấu đi chấp nhận và bù trừ được thì người giải có thể sử dụng cách làm quen biết; + Nếu mặt B xấu đi không thể chấp nhận được thì phải tìm cách khác để được cả A lẫn B Ngay

cả khi B có thể chấp nhận được người giải vẫn có thể sáng tạo ra cách mới để không có cái thiệt, cái xấu đi

- Mâu thuẫn Vật lý là mâu thuẫn sâu sắc hơn Đó là mâu thuẫn mà hệ thống vừa phải có mặt đối lập (Đ) để đem lại lợi ích này vừa phải có mặt đối lập (-Đ) để đem lại lợi ích khác trong khi hai mặt đối lập này loại trừ nhau Giải quyết mâu thuẫn này sẽ làm cho Đ và –Đ chung sống hoà bình và bổ trợ cho nhau

- Tư duy sáng tạo là quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định

Nói cách khác tư duy là quá trình suy nghĩ để đưa người giải:

+ từ không biết cách đạt mục đích đến biết cách đạt mục đích hoặc

+ Từ không biết cách tối ưu đạt mục đích đến biết cách tối ưu để đạt mục đích trong một số cách

+ Tình huống vấn đề xuất phát: người giải phải tự phát biểu bài toán; phần giả thiết có thể thiếu hay thừa hay là vừa thiếu vừa thừa; phần kết luận nêu mục đích chung chung, không chỉ ra cụ thể đi tìm cái gì

Tương tự theo cách phân loại này, trong dạy học vật lý nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS,

có hai loại bài tập: bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo

1.5.4.2 Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản

Thủ thuật là thao tác tư duy đơn lẻ, chỉ ra hướng mà người giải cần suy nghĩ Các thủ thuật có vai trò trong PPLST như vai trò của chữ cái trong ngôn ngữ, các nguyên tố hóa học trong hoá học…Các thủ thuật cơ bản tổ hợp lại với nhau tạo nên những ý tưởng sáng tạo phức tạp hơn TRIZ có 40 thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản Trong khuôn khổ đề tài, phù hớp với vận dụng TRIZ dạy học BTVL chúng tôi giới thiệu 9 nguyên tắc được sử dụng trong đề tài: (các nguyên tắc còn lại xem phụ lục 4, từ trang PL21 đến PL33)

* Ví dụ:

- Muốn xây dựng công thức tính quãng đường đi trong chuyển động thẳng biến đổi đều từ đồ thị,

ta phân thời gian thành những khoảng ∆t rất nhỏ và xem rằng trong những khoảng thời gian đó vật chuyển động thẳng đều

- Muốn tìm lực Lorenzt tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong thanh kim loại, ta phân nhỏ lực từ tác dụng lên đoạn kim loại mang dòng điện thành nhiều lực tác dụng lân từng hạt mang điện trong đoạn dây đó

2 Nguyên tắc tách khỏi

* Nội dung: Khi bài toán hay đối tượng có nhiều phần, trong đó có những phần không cần thiết trong việc giải bài toán, ta có thể tách những phần đó ra khỏi đối tượng hay chỉ tách phần cần thiết

ra khỏi đối tượng để giải quyết

* Nhận xét: Bài toán thông thường khá phức tạp và có nhiều thành phần, khi giải quyết một vấn

đề nào đó ta chỉ cần một phần hay một số tính chất nào đó của đối tượng để quan tâm tới và sử dụng

để giải quyết

* Ví dụ:

- Để nghiên cứu lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường, ta có thể sử dụng khung dây chữ nhật nhưng chỉ đặt sao cho cạnh dưới khung nằm giữa 2 nhánh nam châm chữ U Khi đó lực từ tác dụng lên cạnh dưới này mạnh hơn nhiều so với lực từ tác dụng lên các cạnh còn lại nên ta xem như chỉ quan sát lực từ tác dụng lên một đoạn dây mang dòng điện Như vậy ta đã tách riêng một cạnh khung ra để nghiên cứu lực từ

- Khi nghiên cứu từ trường tại một điểm do nhiều nam châm hay dòng điện gây ra, ta tách ra và chỉ tính đến cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra một cách độc lập rồi sau đó mới tổng hợp các cảm ứng từ

* Ví dụ:

Bút chì kết hợp với cục tẩy, điện thoại di động kết hợp ngày càng nhiều chúc năng…

Máy phát điện dùng sức gió làm roto quay kết hợp với bộ phận quay điều chỉnh hướng gió để quạt luôn hướng trực tiếp về phía có gió

Một vòng dây điện không gây ra từ trường đều nhưng nếu kết hợp nhiều vòng thành ống dây thì

có từ trường đều trong ống

5 Nguyên tắc đảo ngược

* Nội dung: Với bài toán đã cho, thay vì làm theo yêu cầu bài toán thì có thể làm ngược lại để từ

đó loại bỏ đi phần ngược lại đó, hay làm thành phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại đứng yên thành chuyển động, lật ngược đối tượng để tạo ra tính chất mới cho đối tượng

* Nhận xét: Khi giải bài toán cho trước (bài toán thuận) cần xem xét đến khả năng giải bài toán

ngược và khả năng đem lại lợi ích của lời giải bài toán ngược trong những điều kiện cụ thể để tận dụng nó, lật ngược vấn đề để xem xét nhằm tăng tính bao quát , toàn diện, khắc phục tính ì tâm lý

- Trong việc tạo ra dòng điện cảm ứng: cuộn dây quay trong từ trường nam châm đứng yên có thể thay bằng nam châm quay còn cuộn dây đứng yên

6 Nguyên tắc linh động

* Nội dung: Các thành phần khác nhau trong bài toán có thể có các vai trò, chức năng khác nhau

trong từng giai đoạn, cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài để chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc

* Nhận xét: Cần bao quát toàn diện quá trình làm việc của đối tượng để làm cho đối tượng tối ưu

hơn trong từng giai đoạn làm việc Muốn thế cấu trúc đối tượng phải có các mối liên kết “mểm dẻo”, có nhiều trạng thái để từng phần đối tượng có khả năng dịch chuyển với nhau Từ đó giúp đối tượng có thể có nhiều vai trò, tiết kiệm không gian, nguyên vật liệu Nguyên tắc linh động phản ánh khuynh hướng phát triển nên có tính định hướng cao, dùng trong việc đặt bài toán, phê bình cái đã

có và dự báo Về tư duy sáng tạo, cần khắc phục tính ì tâm lý để suy nghĩ, cách tiếp cận trở nên linh

động, tránh giáo điều, cứng nhắc

* Các ví dụ:

- Máy phát điện dùng sức gió có bộ phận xoay để cách quạt quay về phía có gió thổi tới trực tiếp

- Dao rọc giấy, dao gập khi không dung đến có thể xếp vào phần cán giúp cất giữ, di chuyển an toàn Tương tự bút bi, bút chì có thể bấm ngòi đưa ra hay thụt vào

- Giá đỡ micro giúp điều chình micro phù hợp ngang tầm với người nói, micro không dây, micro thu nhỏ gắn vào áo

7 Nguyên tắc giải thiếu hoặc thừa

* Nội dung: Nếu bài toán khó nhận được hiệu quả cần thiết 100% thì nên nhận ít hơn một chút,

lúc đó bài toán có thể đơn giản và dễ giải hơn

* Nhận xét: Tinh thần chung là không nên quá cầu toàn, chờ đợi điều kiện lý tưởng, nếu bài toán

là khó thì có thể giảm bớt đòi hỏi làm bài toán dễ hơn dù kết quả không thật như ý muốn hay làm bài dễ hơn bằng cách đưa về trường hợp đặc biệt để tìm ra những gợi ý có giá trị cho việc giải bài toán khó

* Các ví dụ:

- Nguyên tắc này có ý nghĩa với học sinh khi các em đào sâu thêm bài toán, tạo ra bài toán mới

để giải và tìm ra kiến thức tổng quát Ví dụ khi tìm hiểu công thức tính momen của lực từ tác dung lên khung dây trường hợp khung vuông góc với đường sức từ hay song song với đường sức từ theo sách giáo khoa, học sinh tiếp tục tìm công thức trong trường mặt phẳng khung không song song cũng không vuông góc với đường sức từ, từ đó suy ra công thức tổng quát

- Khi giải bài toán về mạch điện trong đoạn mạch có R, vì có dòng điện qua R thay đổi nhưng nếu chỉ tính sự thay đổi không đáng kể trong thời gian cho phép, ta xem R là hằng số

- Khi giải bài tập về quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí nhất định, ví dụ như khí trong bóng đèn, khi nhiệt độ tăng thì bóng đèn giản nở nhưng không đáng kể, ta có thể xem đó là quá trình đẳng tích để bài toán đơn giản hơn

8 Nguyên tắc sử dụng trung gian

* Nội dung: Khi giải bài toán, cần sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp tác động lên đối

tượng cần xem xét

* Nhận xét: Tuy trung gian thường phiền phức và tốn kém hơn song do điều kiện lịch sử cụ thể

không thế giải quyết vấn đề một cách trực tiếp Khi điều kiện cho phép thì trung gian này nên bỏ Trong khi sử dụng tìm kiếm trung gian, cần chú ý tận dụng nguồn dự trữ có sẵn trong hệ, không mất

tiền

* Các ví dụ:

- Máy biến thế dùng để chuyển đổi điện thế phù hợp với từng loại thíêt bị

- Khi chỉ có một ổ cắm mà muốn dùng cùng lúc hai, ba thiết bị ta dùng ổ cắm trung gian

- Role điều khiển mạng điện từ xa dùng nam châm điện để điều khiển sự đóng ngắt mạch điện

9 Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học

* Nội dung: Khi giải bài toán, có thể thay thế sơ đồ cơ học bằng điện,quang,nhiệt, âm hay mùi vị,

sử dụng điện trường hay từ trường trong tương tác với đối tượng

* Nhận xét: Nguyên tắc phản ánh khuynh hướng phát triển: từ “cơ học” chuyển sang không cơ

học (dùng điện từ, ánh sáng ) Vì thế có thể dựa vào thay thế sơ đồ cơ học để dự báo sự phát triển

của đối tượng

* Các ví dụ:

- Cần cẩu dùng móc thay bằng cần cẩu dùng nam châm điện

- Xe chạy bằng bánh xe, bằng xích chuyển sang chạy trên đệm từ

- Nhốt các hạt mang điện bằng từ trường

1.6 Vận dụng TRIZ vào việc bồi dưỡng tư duy và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông

1.6.1 Bài tập sáng tạo về vật lý ở trường phổ thông

Có thể nhận biết BTST với các dấu hiệu sau:

a) Bài tập có nhiều cách giải

Bài tập loại này rèn luyện cho học sinh thói quen nhìn nhận vấn đề dưới nhiều góc độ, kích thích tính sáng tạo và khắc phục tính ì tâm lý

b) Bài tập có hình thức tương tự nhưng nội dung biến đổi

Loại bài tập này thường có nhiều câu hỏi, câu hỏi một là bài tập luyện tập, câu hỏi tiếp theo có hình thức tương tự nhưng nếu vẫn áp dụng phương pháp giải như trên thì sẽ dẫn đến bế tắc vì nội dung câu hỏi đã có sự biến đổi về chất

d) Bài tập cho thiếu, thừa hay sai dữ kiện

Bài tập này có tác dụng rèn luyện tư duy phê phán, tư duy sáng tạo cho học sinh Khi giải bài tập này học sinh cần phát hiện những điều chưa hợp lý và có sự lí giải hợp lí, tự cung cấp số liệu cho dữ kiện thiếu hay chỉ ra chỗ sai và tìm ra giải pháp tối ưu cho đề toán hết sai

e) Bài tập nghịch lý, ngụy biện

Bài tập chứa đựng một sự nguỵ biện nên dẫn đến nghịch lí : kết luận rút ra mâu thuẫn với thực tiễn hay mâu thuẫn với nguyên tắc, định luật đã biết Bài tập này giúp bồi dượng tư duy phê phán, phản biện cho học sinh giúp cho tư duy có tính nhạy bén

f) Bài toán hộp đen

Bài toán này gắn liền với việc nghiên cứu đối tượng mà cấu trúc bên trong chưa biết, dựa vào các

dữ kiện “đầu vào” và “đầu ra” mà phân tích, tổng hợp để đưa ra mô hình cấu trúc bên trong Tính chất của quá trình tư duy giải bài toán hộp đen giống như quá trình tư duy của người kĩ sư nghiên cứu chiếc đồng hồ mà không được tháo rời chiếc đồng hồ ra Anh ta dựa vào hoạt động và sự vận

hành của đồng hồ để đưa ra mô hình cấu trúc bên trong và điều chỉnh mô hình ấy đến khi nó hoạt động như chiếc đồng hồ thật Do đó bài toán có tác dụng bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh Những dấu hiệu này là những dấu hiệu bề ngoài định hướng cho GV trong việc xây dựng các BTST trong dạy học vật lý Tuy nhiên, TRIZ mà nội dung cơ bản là các nguyên tắc sáng tạo là công

cụ quan trọng để xây dựng các BTST, đồng thời định hướng tư duy HS trong việc giải BTST nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo trong dạy học

1.6.2 Mối quan hệ giữa TRIZ và BTST ở môn vật lý

Vì sao có thể dùng TRIZ trong việc xây dựng và sử dụng BTST trong dạy học vật lý? Đối tượng của TRIZ là vấn đề (bài toán sáng chế) tức là tình huống người giải biết mục đích cần đạt nhưng không biết cách đạt đến mục đích đó hoặc không biết cách tối ưu đạt đến mục đích trong một số cách đã biết Bài toán có mức độ khó khác nhau tuỳ thuộc phạm vi tính mới và tính ích lợi: cá nhân, tập thể, quốc gia, toàn cầu hay thậm chí cả vũ trụ, phạm vi càng rộng thì bài toán cáng khó, tính sáng tạo càng cao

Bài tập sáng tạo về vật lý có nội hàm nêu trên có bản chất tương tự với vấn đề( bài toán) của TRIZ, chỉ khác ở phạm vi và mức độ sáng tạo Đa số các sáng chế đều dựa trên các nguyên tắc của vật lý học, đó chính là những nội dung kiến thức cơ bản được vận dụng giải bài toán sáng tạo về vật lý.Vận dụng các nguyên tắc của TRIZ để xây dựng BTST, để hướng dẫn HS tư duy giải BTST, qua

đó bồi dưỡng kĩ năng tư duy sáng tạo cho học sinh

1.6.3 Phương pháp xây dựng BTST về vật lý dựa vào các nguyên tắc của TRIZ

Dựa vào chu trình sáng tạo khoa học trong vật lý, sự tương tự về bản chất giữa quá trình nhận thức của HS khi học vật lý và của nhà khoa học nghiên cứu vật lý, quan hệ giữa TRIZ và bài tập sáng tạo, phương pháp xây dựng BTST về vật lý được đề xuất như sau [21]:

+ Lựa chọn một hoặc một số bài tập cơ sở (có thể là bài tập luyện tập hay bài tập sáng tạo);

+ Giải các bài tập cơ sở dạng tổng quát;

+ Phân tích các hiện tượng vật lý, giả thiết, kết luận cũng như lời giải và kết quả bài tập;

+ Vận dụng cá nguyên tắc sáng tạo để xây dựng các bài tập mới bằng cách trả lời các câu hỏi sau:

- Có thể phát biểu bài tập theo cách khác không? Có thể bỏ bớt dữ kiện của bài tập không? Có thể thay đổi dữ kiện của bài tập không? (vận dụng nguyên tắc phân nhỏ để phân chia các dữ kiện và nguyên tắc linh động để từng phần của đối tượng có thể dịch chuyển linh hoạt với nhau, thay đổi các phần của đối tượng, nguyên tắc giải thiếu hay thừa để thay đổi, lược bớt hay thêm vào dữ kiện);

- Có thể thay đổi dữ kiện trong bài tập để hiện tượng vật lý mô tả trong bài tập mâu thuẫn với các định luật vật lý không? Có thể thay đổi yêu cầu của bài toán ngược lại không? (nguyên tắc đảo ngược : hành động ngược lại với yêu cầu của đề bài)

- Có thể thay đổi các thông số vật lý của đối tượng trong bài tập để biến nó thành bài tập khác không? ( nguyên tắc thay đổi các thông số lý hoá của đối tượng)

- Có thể cụ thể hoá bài tập không? (nguyên tắc phân nhỏ)

- Có thể chuyển bài tập thành bài tập tổng quát hơn không? Có thể kết hợp các bài tập thành bài tập tổng quát hơn không? Có những bài tập nào khác liên quan được sử dụng thêm để xây dựng bài tập mới không? (nguyên tắc kết hợp: kết hợp các đối tượng đồng nhất hay kế cận dùng cho các hoạt động kế tiếp)

- Có thể làm cho bài tập dễ hơn không? (nguyên tắc giải thiếu hay thừa, nguyên tắc tách khỏi để tách phần gây phiền phức hay ngược lại tách phần duy nhất cần thiết, tinh chất cần thiết ra khỏi đối tượng)

- Bài tập ứng dụng trong thực tiễn như thế nào? (nguyên tắc vạn năng: kết hợp một số chức năng trên một đối tượng)

- Có thể dùng ứng dụng của bài tập đó để phát biểu thành bài tập mới không? (nguyên tắc linh động, nguyên tắc kết hợp)

+ Đánh giá về tính sáng tạo ( tính mới và tính ích lợi của bài tập đã biến đổi so với bài tập cơ sở (tính mới và tính ích lợi được xem xét dưới góc độ bồi dưỡng tư duy sáng tạo và óc thực tiễn cho HS) Khẳng định tính sáng tạo của bài tập đã xây dựng

Có thể sơ đồ hóa các bước thực hiện như sau

1.6.4 Sử dụng BTST vật lý để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh theo các nguyên tắc của TRIZ

1.6.4.1 Vận dụng TRIZ định hướng tư duy HS trong giải BTST về vật lý

Luận văn này xin đề cập đến các câu hỏi kiểm tra của G.Polya (1945) dùng để giải các bài tập toán học trong các trường phổ thông như sau:

Biến đổi giả thiết

Biến đổi yêu cầu

Ứng dụng của hiện tượng

BTST

Nguyên tắc sáng tạo

Nguyên tắc sáng tạo

Nguyên tắc sáng tạo Đánh giá tính sáng tạo

A Hiểu cách đặt vấn đề của bài toán: Cái gì chưa biết? Cái gì cho trước? Điều kiện bài toán thể hiện ở chỗ nào? Có thể làm thoả mãn điều kiện không? Điều kiện có đủ xác định cái chưa biết không? Hay là không đủ? Hay là thừa? Hay là mâu thuẫn? Hãy vẽ hình, đưa vào những kí hiệu thích hợp Hãy phân chia điều kiện thành từng phần Cố gắng ghi chúng lại

B Lập kế hoạch giải: Cần phải đi tìm mối liên hệ giữa cái cho trước và những cái đã biết Nếu chưa làm được ngay điều ấy, sẽ rất có ích khi xem xét thêm những bài toán phụ trợ Cuối cùng cần

đi đến kế hoạch giải bài toán

- Trước đây bạn đã gặp bài toán này chưa? Dù ở dạng khác một chút? Bạn có biết bài toán họ hàng với bài toán này không? Bạn có biết định lý nào có ích cho bài toán này không?

- Hãy xem xét kỹ cái chưa biết Cố gắng nhớ lại bài toán quen thuộc có cùng hoặc gần giống về cái chưa biết

- Giả sử có bài toán họ hàng với bài toán? Có thể sử dụng nó được không? Sử dụng kết quả hay phương pháp giải? Có cần đưa thêm yếu tố phụ trợ nào để giải bài toán không?

- Có cách nào phát biểu bài toán không? Khác nữa? Hãy quay trở về với định nghĩa?

- Nếu không giải được bài toán đã cho, hãy cố gắng giải bài toán gần giống nó Có thể nghĩ ra bài toán tương đồng dễ hơn không? Bài toán chung hơn? Đặc biệt hơn? Bài toán tương tự? Có thể giải một phần bài toán được không?

- Hãy giữ lại phần dữ kiện bài toán, phần còn lại bỏ đi: cái chưa biết lúc đó xác định ở mức độ nào? Nó thay đổi thế nào? Có thể lấy được gì có ích từ những cái đã cho? Có thể thâm dữ kiện gì để xác định cái chưa biết? Có thể thay đổi cái chưa biết hoặc điều kiện bài toán hoặc nếu cần thiết thay đổi điều kiện và cái chưa biết để điều kiện mới và cái chưa biết mới gần nhau hơn? Bạn đã sử dụng tất cả những điều kiện chưa? Bạn đã thật sự chú ý tới những khái niệm trong bài toán chưa?

C Thực hiện kế hoạch giải: Bạn hãy kiểm tra từng bước đi của mình? Bạn có thấy rõ bước bạn vừa quyết định là đúng không? Có thể chứng minh điều đó như thế nào?

D Tổng kết (nghiên cứu lời giải nhận được)

- Có thể kiểm tra lại kết quả giải được không? Quá trình giải?

- Có thể nhận kết quả bằng cách khác không?

- Có thể sử dụng kết quả này hay cách giải này cho bài toán khác không?

Phương pháp này hướng người giải bài toán đi theo đúng hướng, gợi ý sử dụng các thủ thuật nguyên tắc sáng tạo.Tuỳ theo nội dung của bài tập và mục đích sư phạm của việc giải bài tập, có ba kiểu định hướng tư duy cho học sinh [23, tr.113]

a) Hướng dẫn tìm tòi qui về kiến thức và phương pháp đã biết

Khi tiếp xúc với vấn đề cần giải quyết không thấy ngay mối quan hệ với những kiến thức, quy tắc, định luật đã biết mà cần phải tìm tòi bằng phân tích, tổng hợp, so sánh để tìm ra dấu hiệu tương

tự với cái đã biết nhưng chưa có phương pháp và quy trình hữu hiệu

Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập, GV cần dùng các câu hỏi định hướng tư duy giúp HS nhận ra phương pháp tương tự để giải quyết vấn đề Câu hỏi có dạng:

- Bài toán cho những dữ kiện nào?

- Phân tích các dữ kiện bài toán cho (nguyên tắc phân nhỏ)?

- Yêu cầu của bài toán là gì? Yêu cầu này có giống với những yêu cầu của bài toán nào đã biết? Khác nhau chỗ nào?

- Những định luật, công thức, quy tắc vật lý có lợi cho bài toán tương tự đã giải, có thể áp dụng cho bài toán này không? Cần thêm điều kiện nào để có thể áp dụng? Có thể thõa điều kiện đó không? Có thể tìm thay thế bằng điều kiện gần giống đó không? Có thể bỏ qua điều kiện đó không (nguyên tắc giải thiếu hay thừa)?

b) Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo từng phần

Kiểu hướng dẫn này thường được sử dụng khi nghiên cứu tài liệu mới Ở đây không thể hoàn toàn sử dụng kiến thức đã biết bằng suy luận logic mà đòi hỏi sự sáng tạo thật sự Các câu hỏi định hướng tư duy của GV phải hướng vào việc sử dụng các nguyên tắc sáng tạo để giải quyết vấn đề.Câu hỏi có dạng:

- Có thể phân nhỏ các dữ kiện hay yêu cầu ra hơn được không?

- Có thể tách riêng các yếu tố dữ kiện cần thiết (tách riêng một phần yêu cầu) để giải quyết bài toán không? (tách khỏi)

- Có thể tiến hành ngược lại các yêu cầu của đề mà vẫn đi đến kết quả mong muốn không? (đảo ngược)

- Có thể sử dụng các dữ kiện với ý nghĩa, công dụng khác nhau không? (linh động)

- Có thể thay đổi dữ kiện đi bằng cách tác động lên dữ kiện và sử dụng hiệu ứng của nó lúc chuyển pha không? (chuyển pha)

- Có thể thay đổi trang thái đối tượng và sử dụng trạng thái mới của đối tượng không? (thông số

lý hóa)

- Có thể kết hợp các dữ kiện lại thành một dữ kiện khác không? (kết hợp)

- Có thể giảm yêu cầu bài toán đơn giản hơn? Bỏ qua một số các dữ kiện mâu thuẩn, các điều kiện bài toán để nhận kết quả gần đúng không? (giải thiếu hay thừa)

- Kết quả nhận được, cách giải, các bước giải có ngắn gọn, đơn giản sử dụng các nguồn dự trữ không mất tiền không? (liên tục tác động có ích, tự phục vụ)

 Việc tập dượt này sẽ giúp các em HS tích luỹ kinh nghiệm trong việc vận dụng các nguyên tắc sáng tạo khi giải quyết vấn đề

c) Hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát

Đối với học sinh khá và giỏi, GV có thể chỉ hướng dẫn phương hướng chung để giải quyết vấn

đề, HS sẽ tự vạch kế hoạch chi tiết và thực hiện kế hoạch đó Câu hỏi có dạng:

- Kết quả cần đạt là gì?

- Có những cách nào dẫn đến kết quả đó? Với những dữ kiện đề cho có thể sử dụng cách nào?

- Cần tìm thêm những điều kiện nào? Có thể tạo ra các điều kiện ấy không?

Nếu lớp không chỉ có HS khá giỏi thì GV kết hợp hướng dẫn tìm tòi sáng tạo khái quát với tìm tòi sáng tạo từng phần để các em có thể tham gia ở các giai đoạn khác nhau giải quyết vấn đề

Như vậy để học sinh được rèn luyện các nguyên tắc sáng tạo khi tư duy giải quyết vấn đề, GV cần sử dụng hệ thống câu hỏi định hướng nhắm vào việc sử dụng các thủ thuật sáng tạo của TRIZ Tuỳ theo mức độ khó của bài toán và trình độ học sinh mà GV có thể lựa chọn và kết hợp các cách hướng dẫn nêu trên cho hiệu quả và phù hợp

1.6.4.2 BTST nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo trong các loại bài học vật lý ở trường phổ thông

BTST vật lý có thể được sử dụng một cách đa dạng trong các tất cả các giai đoạn khác nhau của quá trình dạy học vật lý để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh

BTST được sử dụng vào tiết học xây dựng kiến thức mới: trong đó BTST có thể được đưa ra như một tình huống có vấn đề hay một bài tập để học sinh chuẩn bị trước ở nhà và trình bày trong tiết học, hay có thể là một số bài tập dưới dạng những câu hỏi để học sinh tư duy trong quá trình học Cùng với việc đưa ra bài tầp, giáo viên gợi ý bằng các câu hỏi định hướng tư duy giúp học sinh có thể vận dụng các thủ thuật sáng tạo để giải quyết vấn đề

BTST được sử dụng làm bài tập về nhà để học sinh củng cố mà mở rộng kiến thức, rèn luyện cách thức làm việc nhóm, tra cứu tham khảo các tài liệu và người xung quanh, áp dụng kiến thức đã học vào thực tế

BTST được sử dụng trong tiết luyện tập, ôn tập : bài tập này có thể được giáo viên đưa ra với nhiều hình thức khác nhau như các câu hỏi vui, các bài tập mà HS cần vận dụng nhiều kiến thức của chương để giải quyết, các bài tập dạng sơ đồ tư duy để học sinh có thể có thể hệ thống hoá tổng quát kiến thức chương…

BTST được dùng trong tiết thực hành thí nghiệm: thật ra tiết thực hành thí nghiệm quy định trong chương trình SGK đã vạch sẵn các bước tiến hành thí nghiệm cho học sinh, không cần đến sự sáng tạo Tuy nhiên giáo viên có thể biến đổi tiết học ấy thành việc giải các BTST với các dụng cụ của phòng thí nghiệm và dụng cụ tự chế tạo thêm của học sinh Có thể giáo viên yêu cầu HS thiết kế

thí nghiệm để đo đạc đại lượng nào đó, nghĩ ra cách cải tạo một dụng cụ nào đó, hay phát triển tiếp thí nghiệm SGK để đo một đại lượng khác chẳng hạn…

BTST được dùng trong hoạt động ngoại khoá: đa số là các bài tập ứng dụng kiến thức kĩ năng vật lý để thiết kế các mô hình, sản phẩm thực tế, các trò chơi vật lý giúp các em hứng thú và thấy được ích lợi của việc học vật lý, có một sân chơi để các em phát triển khả năng tư duy sáng tạo và các kỹ năng hành động trong thực tế

Ngoài ra BTST củng có thể được dùng kết hợp vào kiểm tra hay thi tuyển HS giỏi bên cạnh các bài tập luyện tập thông thường, như vậy các em sẽ tránh được việc học vẹt, làm bài theo khuôn mẫu

mà không hiểu rõ vấn đề Qua đó GV cũng đánh giá được mức độ độc lập và sáng tạo của học sinh trong tư duy

KẾT LUẬN CHƯƠNG I Bồi dưỡng tư duy HS đặc biệt là tư duy sáng tạo là nhiệm vụ quan trọng của dạy học – là mục đích cuối cùng của giáo dục, dạy học Trong môn vật lý ở trường phổ thông, BTST là phương tiện hiệu quả bồi dưỡng tư duy sáng tạo TRIZ là khoa học về quá trình tư duy sáng tạo Nội dung cơ bản của TRIZ là các quy luật của tư duy sáng tạo, con đường tư duy để đi đến các sáng chế Sáng tạo cần ở mọi lúc mọi nơi cho mọi đối tượng chứ không chỉ là độc quyền của nhà khoa học Sáng tạo có quy luật chung và có thể rèn luyện được Sáng tạo và tư duy sáng tạo cần điều kiện vật chất

và điều kiện tinh thần: cơ thể khỏe mạnh, môi trường cởi mở thân thiện là điều kiện cần cho tư duy sáng tạo Để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS, GV, nhà trường và gia đình cần hợp tác để tạo các điều kiện cần thiết nêu trên

Nhiệm vụ này chưa được chú ý và quan tâm đúng mức ở các trường học Một trong những biện pháp giúp bồi dưỡng tư duy sáng tạo trong dạy học vật lý là sử dụng BTST về vật lý và xây dựng câu hỏi định hướng tư duy cho HS dựa trên các nguyên tắc sáng tạo của TRIZ

Hệ thống BTST vật lý hiện nay chưa nhiều và phổ biến, vì thế GV cần vận dụng lý thuyết TRIZ để xây dựng BTST

Phương pháp xây dựng và sử dụng BTST được vận dụng vào chương 2 để xây dựng hệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” và đề xuất cụ thể việc sử dụng các bài tập ấy vào trong dạy học vật lý nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO PHẦN “TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG

ĐIỆN TỪ” LỚP 11

2.1 Mục tiêu dạy học phần “Từ trường và cảm ứng điện từ”

Phần này trình bày mục tiêu dạy học chương “Từ trường và cảm ứng điện từ” dành chung cho chương trình chuẩn và chương trình nâng cao cần thiết cho xây dựng các BTST, riêng phần nào chương trình chuẩn không có được in nghiêng để phân biệt

a) Mục tiêu dạy học chương “Từ trường”

- Nêu được từ trường tồn tại ở đâu và có tính chất gì, nêu được các đặc điểm của đường sức từ của nam châm thẳng, nam châm chữ U, dòng điện thẳng dài và ống dây có dòng điện chạy qua

- Xác định độ lớn, phương chiều của vectơ cảm ứng từ tại một điểm trong từ trường gây bởi dòng điện thẳng dài, tại tâm vòng dây tròn và tại một điểm trong lòng ống dây có dòng điện chạy qua

- Xác định vecto lực từ tác dụng lên đoạn dây dẫn thẳng có dòng điện chạy qua đặt trong từ trường đều

- Xác định cường độ, phương chiều của lực Lorenxơ tác dụng lên một điện tích q chuyển động với vận tốc trong mặt phẳng vuông góc với đường sức từ của từ trường đều

- Phân biệt chất sắt từ cứng và sắt từ mềm

b) Mục tiêu dạy học chương “Cảm ứng điện từ”

- Nêu được dòng điện Fu-cô là gì, tác dụng có lợi và cách hạn chế tác dụng bất lợi của dòng điện Fu-cô

- Nêu được hiện tượng tự cảm là gì

- Vận dụng công thức tính từ thông  BScos

- Xác định chiều của dòng điện cảm ứng theo định luật Len-xơ

- Tính được suất điện động tự cảm trong lòng ống dây khi dòng điện qua ống dây biến đổi đều theo thời gian

- Tính được năng lượng từ trường trong ống dây

2.2 Tóm tắt nội dung cơ bản phần “từ trường và cảm ứng điện từ”

Nội dung tóm tắt kiến thức phần “từ trường và cảm ứng điện từ” vật lý 11 được trình bày theo sơ

đồ 2.1

 Nội dung phần từ trường và cảm ứng điện từ bao gồm những kiến thức mà học sinh rất thường gặp những ứng dụng của chúng trong thực tế cuộc sống như từ trường của nam châm, dòng điện (có thể ứng dụng tạo nam châm điện) , từ trường của Trái Đất, lực Loren-xơ (ứng dụng trong ống phóng điện tử), lực từ từ tác dụng lên khung dây (ứng dụng trong động cơ điện), hiện tượng cảm ứng điện

từ (ứng dụng trong máy phát điện, máy biến thế…) Những ứng dụng này gần gũi, phù hợp với khả

Vectơ cảm ứng từ của dòng điện trong dây dẫn thẳng dài, ở tâm vòng dây tròn, trong lòng ống dây (phương, chiều, độ lớn)

Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều

Đường sức từ của dây dẫn thẳng, vòng dây tròn và ống dấy mang

Định nghĩa, nguồn gốc, tính chất cơ

Đường sức từ

Vectơ cảm ứng

từ

Lực từ tác dụng lên đoạn dây mang dòng điện

Lực Lo-ren-xơ

Từ trường của Trái đất

Đường sức từ giữa 2 nhánh nam châm chữ U

Từ trường đều

Từ

trường

Từ thông

Hiện tượng cảm ứng điện

Hiện tượng tự cảm

Định luật cảm ứng điện

từ Định luật Len-xơ

Dòng điện Fu-cô

Suất điện động cảm ứng

Từ thông riêng Suất điện động tự cảm

Năng lượng từ trường trong ống dây

Cảm

ứng

điện

từ

năng của học sinh, có thể xây dựng thành các bài tập sáng tạo giúp học sinh thấy sự gắn kết giữa kiến thức đã học và thực tế đời sống Vì thế chúng tôi lựa chọn phần “từ trường và cảm ứng điện từ”

để xây dựng bài tập sáng tạo Những phần khác giáo viên nên lựa chọn những nội dung kiến thức

mà các ứng dụng của nó trong đời sống và kỹ thuật gần gũi và vừa sức với học sinh để học sinh thích thú và có thể thực hiện được

2.3 Tìm hiểu thực trạng dạy và học bài tập phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” ở một số trường THPT TP Hồ Chí Minh

Mục tiêu điều tra: tìm hiểu thực trạng dạy học BTST trong dạy học vật lý ở một số trường THPT hiện nay, nhân thức của GV về BTST, lý thuyết TRIZ

Phương tiện điều tra: phiếu điều tra (phụ lục 2), tìm hiểu các tài liệu về BTVL lớp 11, trao đổi trực tiếp với GV

Thời gian: đầu học kì 2 năm học 2009 – 2010

Đối tượng: 20 giáo viên vật lý ở các trường THPT Nguyễn Hữu Cầu và Nguyễn Hữu Tiến, trường THPT Nguyễn Huệ, khu vực ngoại thành

Thông qua việc tìm hiểu thực trạng dạy vật lý của giáo viên ở một số trường THPT bằng phiếu điều tra, trao đổi trực tiếp và dự giờ một số tiết dạy, tác giả rút ra một số nhận xét về việc dạy học bài tập vật lý như sau: (bảng kết quả điều tra trình bày ở phụ lục 2)

2.3.1 Thực trạng xuất bản

Qua tìm hiểu, chúng tôi nhận thấy các sách và tài liệu xuất bản trên thị trường về BTST hiện nay như sau:

- Sách chuyên khảo về BTST: chưa có

- Sách bài tập nói chung: các sách bài tập vật lý lớp 11 hiện nay rất nhiều, nhưng đa số bài tập trong các sách đều là các bài tập luyện tập theo các chủ đề, các dạng kiến thức cần sử dụng, các BTST chiếm tỉ lệ rất ít hoặc không có (ví dụ như trong sách bài tập vật lý 11 nâng cao của nhà xúât bản giáo dục, phần từ trường và cảm ứng điện từ, có khoảng 2 BTST trong số 106 bài; sách bài tập vật lý 11 nâng cao của nhà xúât bản giáo dục, phần từ trường và cảm ứng điện từ, không tìm thấy BTST nào…) Các sách viết về bài tập định tính và câu hỏi thực tế thì có nhiều BTST hơn nhưng số sách này lại quá ít BTST có xuất hiện rải rác ở các sách bài tập vật lý khác với số lượng rất ít và không hệ thống

- Tuyển tập các đề thi Olympic các cấp: các bài tập khó, chuyên sâu vào các kiến thức vật lý và toán học nhưng đa số vẫn là các bài toán giáo khoa, rất ít BTST ( một số đề chỉ một BTST, một số

đề không có)

2.3.2 Nhận thức của GV về BTST

Có 65% giáo viên quan tâm đến việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo thường xuyên và 35% giáo viên quan tâm đến việc này thỉnh thoảng, các phương tiện bồi dưỡng tư duy chủ yếu là cho học sinh giải các bài tập vật lý nhiều dạng khác nhau, mức độ dễ đến khó Tuy nhiên nguồn bài tập chủ yếu là lấy

từ SGK và đề cương nội bộ của trường hay sách bài tập khác, 20% trả lời số BTST rất ít và 80% trả lời không có BTST nào Điều này cho thấy đa số GV xác định được mục đích, yêu cầu của tíêt dạy bài tập vật lý là bên cạnh việc củng cố và mở rộng kiến thức vật lý cơ bản đã học, vận dụng các kiến thức đó vào giải bài tập vật lý thì mục tiêu quan trọng của tiết bài tập vật lý là hình thành và phát triển tư duy sáng tạo cho HS Tuy nhiên GV chưa nhận thức và phân biệt rõ giữa các bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo, chưa chú ý nhiều đến các BTST trong dạy học vật lý Đa số GV sử dụng bài tập chỉ thiên về vai trò kiểm tra đánh giá kiến thức của học sinh, các bài tập luyện tập quen thuộc thường trình bày ở SGK, sách bài tập hay đề cương bài tập nhằm áp dụng các công thức, định luật, quy tắc vật lý kết hợp với giải các phương trình để ra kết quả theo cách cách giải quen thuộc được trình bày chi tiết và hệ thống

- Nhiều GV chưa quan tâm đến vai trò của BTST trong bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS, chưa

có hệ thống nhiều BTST, chưa biết soạn BTST và các câu hỏi định hướng tư duy cho HS Những khó khăn mà giáo viên đưa ra khi sử dụng bài tập sáng tạo phần nhiều là không có sẵn các bài tập sáng tạo, thời gian dạy học và trình độ học sinh hạn chế 100% giáo viên sử dụng nguồn bài tập từ SGK, sách bài tập và đề cương 40% GV cho rằng chỉ cần dùng bài tập luyện tập và 60% GV cho rắng cần kết hợpp giữa bài tập luyện tập và BTST

- Chỉ có 10% GV biết đến TRIZ nhưng không quan tâm, còn lại 90% GV chưa biết về TRIZ 100% GV chưa vận dụng các nguyên tắc của TRIZ để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh GV chưa biết hoặc chưa quan tâm nhiều đến lý thuyết TRIZ với các thủ thuật sáng tạo giúp cho quá trình tư duy hiệu quả hơn Vì thế phương pháp giúp học sinh tư duy khi giải bài tập vật lý cũng là phương pháp thử và sai

2.3.3 Sử dụng BTST vào dạy học vật lý

- Hệ thống bài tập vật lý học sinh được rèn luyện hiện hay đa số là các bài tập luyện tập, chưa gắn kết nhiều với thực tế, chủ yếu là rèn luyện kĩ năng áp dụng các định luật, công thức vật lý và giải phương trình toán học chứ chưa có tác dụng nhiều trong việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo, chưa là học sinh thích thú và thấy đựơc lợi ích của môn học với đời sống

- Khi dạy bài tập, GV thường chú ý nhiều đến các biến đổi toán học mà ít phân tích định hướng

tư duy cho HS, chưa có thái độ khách quan tôn trọng tư duy của các em Quá trình giải bài tập chưa tuân theo chiến lựơc giải bài tập tổng quát

- BTST chưa được sử dụng phong phú vào các hình thức dạy học khác nhau từ tiết dạy bài mới, tiết bài tập, tổng kết ôn tập, thí nghiệm thực hành hay hoạt động ngoại khoá và cả bài tập về nhà

- Chưa có hệ thống câu hỏi định hướng tư duy cho các BTST

 Như vậy nhìn chung là các bài tập vật lý đang được sử dụng trong dạy học vật lý vẫn chủ yếu

là bài tập luyện tập, GV chỉ mới dừng lại ở việc cung cấp cho các em phương pháp (các bước giải) các bài tập thường gặp theo những con đường được vạch ra Khi giải bài tập HS vẫn dùng phương pháp suy nghĩ tự nhiên thử và sai và cũng chỉ mới dừng ở việc áp dụng các kiến thức vật lý đơn lẻ, giải phương trình tìm ra kết quả bài tập vật lý Vì thế chúng ta cần có một hệ thống các BTST và hệ thống câu hỏi định hướng tư duy được sử dụng trong dạy học vật lý để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS

2.4 Vận dụng TRIZ xây dựng bài tập sáng tạo phần “từ trường và cảm ứng điện từ”

Theo phương pháp đã trình bày ở chương 1, tác giả tiến hành xây dựng hệ thống BTST phần

“Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 gồm 20 bài Với mỗi bài tập, nội dung và thứ tự được trình bày như sau:

- Bài tập cơ sở

- Nguyên tắc sáng tạo đựơc sử dụng để chuyển bài tập cơ sở thành BTST

- Bài tập sáng tạo

- Nguyên tắc sáng tạo được sử dụng để giải BTST

- Câu hỏi định hướng tư duy cho HS

- Lời giải tóm tắt

Bài tập 1

* BTCS1: Dùng loại dây đồng đường kính 0,5mm, bên ngoài có phủ một lớp sơn cách điện mỏng quấn quanh một hình trụ để tạo thành một ống dây, Ống dây có 5 lớp nối tiếp nhau sao cho dòng điện trong tất cả các vòng dây của các lớp đều cùng chiều Các vòng dây của mỗi lớp được quấn sít nhau Hỏi nếu cho dòng điện cường độ 0,15A chạy qua các vòng dây thì cảm ứng từ bên trong ống dây bằng bao nhiêu? (bài 4.37 trang 50 sách bài tập vật lý 11 nâng cao (BTVL 11 NC))

* Các nguyên tắc được sử dụng để biến đổi BTCS thành BTST

- Nguyên tắc kết hợp bài toán trên với ứng dụng của nam châm điện ta chuyển thành BTST1

* BTST 1 (Bài tập chế tạo nam châm điện )

Hiện nay trên đường phố tình trạng rải đinh gây nguy hiểm rất nhiều cho người lưu thông Trong chương trình “hoa cuộc sống” của HTV, có một số người tình nguyện thu nhặt đinh trên đường Họ

có thể dùng tay hoặc nam châm để nhặt đinh, tuy nhiên khi nhặt đinh bằng nam châm xong họ phải dùng tay để gỡ số đinh đó ra gây bất tiện và nguy hiểm cho tay Với một sợi dây đồng đủ dài, một thanh thép, acqui (hay pin) bạn có thể tạo ra dụng cụ nhặt đinh tiện lợi hơn Trình bày phương án thiết kế và thực hiện một thí nghiệm biểu diễn

* Các nguyên tắc dùng trong giải bài tập

- Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học (thay thế việc nhặt đinh bằng các tay bằng dụng cụ có thể nhặt đinh nhờ tác dụng từ), nguyên tắc linh động (dụng cụ này có thể vừa hút đinh được, vừa nhả đinh ra được nên đó phải là nam châm điện)

* Câu hỏi định hướng tư duy

- Có thể dùng vật gì nhặt đinh thay cho tay? Vật đó có thể tìm nhặt đinh ngay cả khi ta không nhìn thấy mẫu đinh không?

- Vật ấy có thể vừa nhặt đinh và nhả đinh ra khi không cần dùng tay gỡ ra không? Muốn làm điều

Bài tập 2

* BTCS 2: Một ống dây điện trên hình 2.1 bị hút

về phía thanh nam châm Hãy chỉ rõ cực của nam

châm (bài 4.34 trang 49 sách bài tập vật lý 11 nâng

cao (BTVL11 NC))

*Các nguyên tắc được sử dụng để biến đổi

BTCS thành BTST

- Nguyên tắc phân nhỏ (chia nhỏ các thành phần cấu

tạo nên ống dây), nguyên tắc linh động (thay nam châm thẳng thành nam châm chữ U) ta chuyển thành BTST2

* BTST 2: nhận biết các cực của nam châm

Cho nam châm chữ U bị mất ký hiệu cực Nam và Bắc Với 1 dây đồng đủ dài, một acqui, đinh sắt trong tay Hãy ghi đúng tên các cực lên nam châm này để tiện sử dụng

* Các nguyên tắc dùng trong giải bài tập

Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học (dùng tác dụng từ của dòng điện để nhận biết các cực nam châm), nguyên tắc kết hợp (kết hợp các thành phần thành một ống dây mang dòng điện), nguyên tắc linh động ( có thể nhận biết các cực nam châm bằng tác dụng từ lên dòng điện thẳng hay ống dây)

* Câu hỏi định hướng tư duy

Hình 2.1

- Có thể dùng những cách nào để nhận biết cực Nam và cực Bắc của nam châm?

- Nam châm có thể tác dụng lên những vật vào? Khi quan sát được tác dụng của nam châm bạn

có thể suy ra chiều của đường sức từ hay các cực của nam châm không? Bạn có thể tạo ra các vật ấy không?

- Với điều kiện bài toán bạn có thể dùng cách nào?

- Hãy nêu cách tiến hành nhận biết các cực nam châm và làm thí nghiệm để ghi tên các cực cho đúng

* Lời giải tóm tắt

Có thể phân biệt 2 cực nam châm dựa vào tác dụng của nam châm lên một nam châm khác hay lên dòng điện, hạt mang điện chuyển động Theo đề, ta có thể tạo ra một dòng điện thẳng hay một nam châm điện để nhận biết các cực nam châm chữ U

- Nếu đặt dòng điện vào giữa 2 nhánh nam châm chữ U sao cho dòng điện vuông góc với mặt phẳng chưa các đường sức từ và trục đối xứng của nam châm, quan sát chiều lực từ tác dụng lên đoạn dây, chiều dòng điện (ra khỏi cực dương của pin theo dây dẫn vào cực âm của pin), ta suy ra chiều của đường sức từ, từ đó suy ra cực Nam và Bắc của nam châm theo quy tắc bàn tay trái

- Nếu dùng dây dẫn quấn quanh thỏi thép thành nam châm điện, cho dòng điện đi qua, biết chiều dòng điện, dùng quy tắc nắm tay phải ta xác định được chiều của B

trong lòng ống dây, từ đó suy ra cực nam và cực Bắc của ống dây Nếu đặt đầu Nam của nam châm lại gần một cực của nam châm chữ U mà thấy chúng đẩy nhau thì đó là cực Nam Trường hợp mà ta cả 2 đầu ống dây đều bị một cực của nam châm chữ U hút là do nam châm luôn hút lõi thép, từ trường của nam châm điện chưa

đủ lớn để lực đẩy thắng lực hút ấy Khi đó ta phải tăng cường độ dòng điện để từ trường nam châm điện mạnh hơn

Bài tập 3

* BTCS3: Cho một khung dây dẫn hình chữ nhật ABCD gồm

200 vòng dây, cạnh AB nằm ngang treo vào một lực kế , cạnh

AB đặt trong từ trường đều của nam châm chữ U, các đường sức

từ giữa hai nhánh nam châm nằm ngang và vuông góc với cạnh

AB như hình 2.2 (chỉ có cạnh AB dài 8cm nằm giữa 2 nhánh nam

châm) Ban đầu lực kế chỉ 0,3N, cho dòng điện qua dây dẫn, ta

thấy lực kế chỉ 0,4N, cường độ dòng điện qua dây dẫn là 0,5A

Xác định cảm ứng từ trong lòng nam châm

* Các nguyên tắc được sử dụng để biến đổi BTCS thành