cải tiến chương trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa vật lý, trường đại học sư phạm tp hcm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp trƣờng Cải tiến chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM Mã số: CS.2005.23.91 Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Xuân Hội TP Hồ Chí Minh – 2008 DANH SÁCH NHỮNG NGƢỜI THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI PGS TS Nguyễn Khắc Nhẹp, Khoa Vật Lý, Trƣờng ĐHSP TP HCM TSKH Lê Văn Hoàng, Khoa Vật Lý, Trƣờng ĐHSP TP HCM ThS Lê Nam, Khoa Vật Lý, Trƣờng ĐHSP TP HCM CN Nguyễn Thành Trung, Khoa Vật Lý, Trƣờng ĐHSP TP HCM CN Nguyễn Ngọc Ty, Khoa Vật Lý, Trƣờng ĐHSP TP HCM TĨM TẮT Trong cơng trình này, chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết đƣợc đề nghị sau tác giả cơng trình nghiên cứu, tham khảo số chƣơng trình giảng dạy mơn số truờng đại học nuớc, đáng kể Đại học Khoa học tự nhiên (ĐHQG TP HCM) va MIT (Massachusetts Institute of Technology) Chƣơng trình đƣợc xây dựng phù hợp với kế hoạch giảng dạy môn vật lý lý thuyết Bộ Giáo dục Đào tạo quy định, đồng thời, đảm bảo cho sinh viên Khoa vật lý, trƣờng ĐHSP TP HCM có đƣợc kiến thức vững chắc, đại môn học lý thuyết, điện động lực học, học lƣợng tử vật lý thống kê Chƣơng trình đƣợc xây dựng trọng đến nguyên lý kế thừa giáo dục mối quan hệ nội dung học vật lý đại cƣơng môn học vật lý lý thuyết đƣợc đặc biệt nêu rõ ABSTRACT In this work, a new curriculum of theoretical physics is proposed after a careful study of the ones taught at some Vietnamese and forein universities, notably the University of Natural Science of HCM City (HCMC National University) and MIT The curriculum is constructed in good agreement with regulations of the Vietnamese Minister of Education and Trainning, and insure at the same time that the students of the faculty of physics of HCMC University of Education have the solid and modern knowledge of theoretical mechanics, electrodynamics, quantum mechanics, and statistical physics In constructing the curriculum, the authors have considered carefully the principle of inheritance of the general education when insisting on the relationship between the contents of the general physics that the students have studied before and the ones of the theoretical physics MỤC LỤC I KHÁI NIỆM CHƢƠNG TRÌNH HỌC VẤN II CÁC BỘ MÔN VẬT LÝ LÝ THUYẾT III MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC BỘ MÔN VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG Cơ học đại cƣơng học lí thuyết cổ điển Điện từ học đại cƣơng, quang học đại cƣơng, học đại cƣơng điện động lực học 10 Cơ học lƣợng tử vật lý nguyên tử hạt nhân 12 Vật lý thống kê nhiệt học đại cƣơng 14 IV NỘI DUNG CÁC MÔN HỌC VẬT LÝ LÝ THUYẾT ĐƢỢC GIẢNG DẠY TẠI KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐHSP TP HCM 16 Khái quát 16 Nội dung chƣơng trình vật lí lí thuyết 16 V HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI 28 TÀI LIỆU THAM KHẢO 29 PHỤ LỤC A: CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG 30 PHỤ LỤC B: CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ LÝ THUYẾT 44 PHỤ LỤC C: CHƢƠNG TRÌNH MIT (2005) 49 PHỤ LỤC D: CHƢƠNG TRÌNH ĐẠI HỌC PIERRE & MARIE CURIE (PARIS VI, PHÁP) 54 PHỤ LỤC E: CHƢƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY VẬT LÝ LÝ THUYẾT KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN (ĐHQG TP.HCM) 60 I KHÁI NIỆM CHƢƠNG TRÌNH HỌC VẤN Có nhiều định nghĩa khác chương trình học vấn ( curriculum ) Theo nghĩa rộng chƣơng trình học vấn đƣợc hiểu nhƣ "là tất hoạt động người học kế hoạch hoá đạo nhà trường nhằm đạt mục tiêu ngành giáo dục " ( Hilda Taba, Curriculum development: Theory and practice, New York, Harcount Brace Jovanovich, 1962) "một loạt hoạt động nhằm giúp phát khả người học có chủ đích làm hồn thiện người học " ( Franklin Bobbitt, How to Make a Curriculum, New York, Houghton Mifflin, 1924 ) Tuy nhiên, đây, ta hiểu cách đơn giản chƣơng trình học vấn hệ thống khoa học môn học mà sinh viên cần phải đƣợc trang bị nhằm mục đích thực tốt cơng việc sau tốt nghiệp đại học Theo định nghĩa chƣơng trình học vấn khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM phải đƣợc kiến tạo cho đạt đƣợc yêu cầu sinh viên Khoa, tốt nghiệp trƣớc hết phải đủ khả để giảng dạy môn vật lý trƣờng trung học phổ thông Khái niệm " đủ khả " thiết phải đƣợc hiểu theo nghĩa sinh viên tốt nghiệp khơng có kiến thức vững vật lý mà phải đƣợc trang bị phƣơng pháp kỹ giảng dạy hiệu quả, quan trọng phải tiếp tục tự đào tạo để đáp ứng thay đổi không ngừng yêu cầu giáo dục nhà trƣờng phổ thơng Để sinh viên khoa hồn thành đƣợc vai trị tƣơng lai, khoa Vật lý, trƣờng ĐHSP TP HCM lên kế hoạch xây dựng chƣơng trình giảng dạy phù hợp với yêu cầu ngành giáo dục đại học mà giảng dạy theo tín yêu cầu quan trọng Theo kế hoạch trên, tổ môn vật lý lý thuyết khoa đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế chƣơng trình giảng dạy môn học vật lý lý thuyết nhằm đáp ứng tốt cá yêu cầu chung khoa Trên sở chƣơng trình giảng dạy đƣợc thực từ trƣớc môn vật lý lý thuyết ( xem Phụ lục B ), đồng thời, có tham khảo chƣơng trình giảng dạy môn vật lý đại cƣơng cho năm thứ năm thứ hai đại học ( xem Phụ lục A ), thành viên tổ mơn thực cơng trình nghiên cứu khoa học " CẢI TIẾN CHƢƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY VẬT LÝ LÝ THUYẾT CHO SINH VIÊN KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐHSP TP HCM " II CÁC BỘ MÔN VẬT LÝ LÝ THUYẾT Vật lí lý thuyết ngành học có mục đích tìm hiểu giới tự nhiên cách thiêt lập mơ hình tốn học trừu tƣợng thực tại, sử dụng để lí luận, giải thích, tiên đốn tƣợng vật lí nhờ vào lí thuyết vật lí (Một lý thuyết vật lý đƣợc hiểu theo Stefan Havvking, hệ thống kiên thức đáp ứng đƣợc hai u cầu : thứ nhất, phải mơ tả xác đƣợc loạt quan sát sở mơ hình bao gồm số yếu tố nhiệm ý thứ nhì, phải đƣa số tiên đốn kết quan sát thực đƣợc tƣơng lai) Có bốn mơn học sở vật lí lí thuyết (khơng kể lí thuyết tương đối tổng qt lí thuyết tương đối hẹp - mơn học sau đƣợc giảng dạy nhƣ phần giáo trình đện động lực học) học cổ điển, điện động lực học, học lượng tử, vật lí thống kê đƣợc giảng dạy khoa Vật lí, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM Cơ học cổ điển có mục đích khảo sát chuyển động vật thể vĩ mô, từ viên đạn tên lửa, hành tinh, sao, thiên hà Là khoa học có từ lâu đời có đối tƣợng nghiên cứu rộng rãi khoa học công nghệ, môn học cung cấp cho kết xác Cơ học Lagrange phƣơng pháp tiếp cận khác học, có đối tƣợng nghiên cứu nhƣ học cổ điển, nhƣng sử dụng lộ trình cực tiếu hoa để tìm phƣơng trình quỹ đạo vật thể Cơ học Hamilton cách tiếp cận khác, sử dụng phương trình tắc liên quan đến hàm lƣợng để giải toán học Trƣờng điện từ đƣợc khảo sát môn điện động lực học cổ điển Mơn học trình bày lí thuyết tƣơng tác điện từ thể thống nhất, lực điện trƣờng lục từ trƣờng xuất đồng thời Sự thống điện từ đƣợc biểu thị phương trình Maxwell Các phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết điện động lực học cổ điển dẫn đến hệ quan trọng, ví dụ nhƣ khám phá hai chất ánh sáng, chất sóng, dẫn đến khảo sát sóng điện từ, dẫn đến phát triên lí thuyết tương đối hẹp Môn học lượng từ đƣợc xem nhƣ môn học cổ điển điện động lực học, theo nghĩa môn học cung cấp cho mơ tả xác nhiều tƣợng cấp độ nguyên tử hạ nguyên tử, mà hai môn học sau giải thích Đƣợc trang bị cơng cụ tốn học chặt chẽ, học lƣợng tử cho phép ta tiên đốn trạng thái hạt vi mơ, hay nhất, dụng cụ đo lƣờng trạng thái Cấu trúc hệ vật lí vi mơ nhƣ ngun tử, phân tử đƣợc mơ tả thích hợp học lƣợng tử, điều mà học cổ điển điện động lực học hoàn toàn bất lực Trong học lƣợng tử, trạng thái vật lí đƣợc xem nhƣ vectơ trang thái, hay cụ thể hơn, hàm sóng (cũng đƣợc gọi vân đạo-orbital trƣờng hợp elctron nguyên tử) Đối tƣợng toán học trừu tƣợng cho phép la tính tốn đƣợc xác suất nhiều q trình thực nghiệm cụ thể Mơn vật lí lí thuyết khác mà sinh viên đƣợc học mơn vật lí thống kê Trong mơn học này, lí thuyết thống kê, cơng cụ tốn học để xử lí trƣờng hợp số đông, đƣợc áp dụng lĩnh vực học, môn học liên quan đến chuyển động hạt hay vật thể chịu tác dụng lực Vật lí thống kê cung cấp sở để hiểu đƣợc mối quan hệ hệ vi mơ q trình vĩ mơ, đƣợc quan sát thấy trực tiếp bới ngƣời, đó, giải thích đƣợc tƣợng nhiệt động lực nhƣ kết tự nhiên phối họp học thống kê học Cơ học thống kê nhiệt động lực học liên hệ qua khái niệm trung tâm en tropy Tuy nhiên, khái niệm en tropy đƣợc định nghĩa cách kinh nghiệm nhiệt động lực học học thống kê, đƣợc định nghía nhƣ hàm phân bố trạng thái vi mô Mối quan hệ giũa vật lí lí thuyết với vật lí đại cƣơng mở rộng, tổng quát hóa khái niệm, định luật, tính chất hệ vật lí, đồng thời, phƣơng pháp đƣợc khảo sát nhằm giới thiệu cho sinh viên có đƣợc quan điểm rộng hơn, công cụ nghiên cứu khoa học đa dạng, phong phú (Xem SƠ ĐỒ 1) SƠ ĐỒ III MỐI QUAN HỆ GIỮA CÁC BỘ MÔN VẬT LÝ LÝ THUYẾT VÀ VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG Cơ học đại cƣơng học lí thuyết cổ điển Trong sinh viên tìm thấy mơn học đại cƣơng cách trình bày truyền thống: từ động học chất điểm đến động lực học chất điểm với giới thiệu định luật Newton, định luật bảo toàn động lƣợng định luật bảo toàn lƣợng Sau đó, trƣờng hấp dẫn học vật rắn đƣợc giới thiệu Cách trình bày đồng quy với chƣơng trình vật lí giảng dạy bậc phổ thơng nhƣ vậy, xem nhƣ thích hợp với sinh viên đại học sƣ phạm Trong môn học lý thuyết, học Newton đƣợc trình bày cách tổng hợp : tính chất chuyển động đƣợc suy từ mối quan hệ hàm lực thời gian, vị trí, hay vận tốc chất điểm Phƣơng pháp tiếp cận học giải tích đƣợc trình bày : bao gồm hệ hình thức Lagrange hệ hình thức Hamilton Chuyển động trƣờng xuyên tâm dƣới tác dụng lực hấp dẫn đƣợc xem ứng dụng quan trọng, nhằm mục đích chứng minh định luật Kepler để suy tính chất chuyển động thiên thể, giải thích số tƣợng liên quan đến lực hấp dẫn nhƣ tƣợng thủy triều Các dao động nhỏ đƣợc khảo sát nhằm mục đích kép: ứng dụng cụ thể học lớp quan trọng chuyển động để giúp sinh viên đào sâu, nắm vững phƣơng pháp học Newton, mặt khác, để chuẩn bị kiến thức để sinh viên theo dõi dễ dàng môn học khác vật lý lý thuyết: học lƣợng tử, vật lý thống kê, vật lý chất rắn Chuyển động hệ quy chiểu phi quán tính đƣợc đề cập, đặc biệt ý đến trƣờng hợp chƣa đƣợc giải triệt để chƣơng trình học đại cƣơng nhƣ trƣờng hợp lực Coriolis chẳng hạn Cuối cùng, chuyển động vật rắn đƣợc khảo sát với công cụ tốn học cao phức hợp so với cơng cụ đƣợc sử dụng trình độ đại cƣơng; khảo sát Euler chuyển động quay đƣợc giới thiệu với sinh viên nhằm cung cấp cho sinh viên nhìn tổng quát (Xem SƠ ĐỒ 2) BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp trƣờng Cải tiến chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM Mã số: cs.2005.23.91 Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Xuân Hội BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TÓM TẮT Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp trƣờng Cải tiến chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM Mã số: cs.2005.23.91 Chủ nhiệm đề tài: TS Đỗ Xn Hội TĨM TẮT Trong cơng trình này, chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết đƣợc đề nghị sau tác giả công trình nghiên cứu, tham khảo số chƣơng trình giảng dạy môn số trƣờng đại học nƣớc, đáng kể Đại học Khoa học tự nhiên (ĐHQG TP HCM) MIT (Massachusetts Institute of Technology) Chƣơng trình đƣợc xây dựng phù hợp với kế hoạch giảng dạy môn vật lý lý thuyết Bộ Giáo dục Đào tạo quy định, đồng thời, đảm bảo cho sinh viên Khoa vật lý, trƣờng ĐHSP TP HCM có đƣợc kiến thức vững chắc, đại môn học lý thuyết, điện động lực học, học lƣợng tử vật lý thống kê Chƣơng trình đƣợc xây dựng trọng đến nguyên lý kế thừa giáo dục mối quan hệ nội dung học vật lý đại cƣơng môn học vật lý lý thuyết đƣợc đặc biệt nêu rõ ABSTRACT In this work, a new curriculum of theoretical physics is proposed after a careful study of the ones taught at some Vietnamese and forein universities, notably the University of Natural Science of Ho Chi Minh City (HCMC National University) and MIT The curriculum is constructed in good agreement with regulations of the Vietnamese Minister of Education and Trainning, and insure at the same time that the students of the faculty of physics of HCMC University of Education have the solid and modern knowledge of theoretical mechanics, electrodynamics, quantum mechanics, and statistical physics In constructing the curriculum, the authors have considered carefully the principle of inheritance of the general education when insisting on the relationship between the contents of the general physics that the students have studied before and the ones of the theoretical physics MỤC LỤC I Khái niệm chƣơng trình học vấn II Các mơn vật lí lí thuyết III Mối quan hệ mơn vật lí lí thuyết vật lí đại cƣơng Cơ học đại cƣơng học lí thuyết cổ điển Điện từ học đại cƣơng, quang học đại cƣơng, học đại cƣơng điện động lực học Cơ học lƣợng tử vật lý nguyên tử hạt nhân Vật lý thống kê nhiệt học đại cƣơng IV Nội dung mơn vật lí lí thuyết đƣợc giảng dạy khoa Vật lí, trƣờng ĐHSP TP HCM Khái quát Nội dung chƣơng trình vật lí lí thuyết V Hƣớng phát triển đề tài Tài liệu tham khảo ; I Khái niệm chƣơng trình học vấn Chƣơng trình học vấn khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM phải đƣợc kiến tạo cho đạt đƣợc yêu cầu sinh viên Khoa, tốt nghiệp trƣớc hết phải đủ khả để giảng dạy môn vật lý trƣờng trung học phổ thơng Đe sinh viên khoa hồn thành đƣợc vai trị tƣơng lai, khoa Vật lý, trƣờng ĐHSP TP HCM lên kế hoạch xây dựng chƣơng trình giảng dạy phù hợp với yêu cầu ngành giáo dục đại học mà giảng dạy theo tín yêu cầu quan trọng Theo kế hoạch trên, tổ môn vật lý lý thuyết khoa đƣợc giao nhiệm vụ thiết kế chƣơng trình giảng dạy môn học vật lý lý thuyết nhằm đáp ứng tốt cá yêu cầu chung khoa Trên sở chƣơng trình giảng dạy đƣợc thực từ trƣớc môn vật lý lý thuyết ( xem Phụ lục B ), đồng thời, có tham khảo chƣơng trình giảng dạy mơn vật lý đại cƣơng cho năm thứ năm thứ hai đại học ( xem Phụ lục A ), thành viên tổ môn thực cơng trình nghiên cứu khoa học " CẢI TIẾN CHƢƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY VẬT LÝ LÝ THUYẾT Ở KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐHSP TP HCM " II Các môn vật lí lí thuyết Vật lí lí thuyết ngành học có mục đích tìm hiểu giới tự nhiên cách thiết lập mơ hình tốn học trừu tƣợng thực tại, sử dụng để lí luận, giải thích, tiên đốn tƣợng vật lí nhờ vào lí thuyết vật lí Có bốn mơn học sở vật lí lí thuyết (khơng kể lí thuyết tương đối tổng quát lí thuyết tương đối hẹp - môn học sau đƣợc giảng dạy nhƣ phần giáo trình đến động lực học) học cổ điển, điện động lực học, học lượng tử, vật lí thống kê đƣợc giảng dạy khoa Vật lí, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP.HCM Cơ học cổ điển có mục đích khảo sát chuyển động vật thể vĩ mô, từ viên đạn tên lửa, hành tinh, sao, thiên hà Cơ học Lagrange phƣơng pháp tiếp cận khác học, có đối tƣợng nghiên cứu nhƣ học cổ điển, nhƣng sử dụng lộ trình cực tiểu hóa để tìm phƣơng trình quỹ đạo vật thể Cơ học Hamilton cách tiếp cận khác, sử dụng phương trình chỉnh tắc liên quan đến hàm lƣợng để giải tốn học Mơn điện động lực học cổ điển trình bày lí thuyết tƣơng tác điện từ thể thống nhất, lực điện trƣờng lực từ trƣờng xuất đồng thời Sự thống điện từ đƣợc biểu thị phương trình Maxwell Các phƣơng pháp nghiên cứu lí thuyết điện động lực học cổ điển dẫn đến hệ quan trọng, ví dụ nhƣ khám phá hai chất ánh sáng, chất sóng, dẫn đến khảo sát sóng điện từ, dẫn đến phát triển lí thuyết tương đổi hẹp Môn học lượng tử cho phép ta tiên đoán trạng thái hạt vi mơ, hay nhất, dụng cụ đo lƣờng trạng thái Cấu trúc hệ vật lí vi mơ nhƣ ngun tử, phân tử đƣợc mơ tả thích hợp học lƣợng tử, điều mà học cổ điển điện động lực học hoàn toàn bất lực Trong học lƣợng tử, trạng thái vật lí đƣợc xem nhƣ vectơ trạng thái, hay cụ thể hơn, hàm sóng (cũng đƣợc gọi vân đạo-orbital trƣờng hợp elctron nguyên tử) Đối tƣợng toán học trừu tƣợng cho phép ta tính tốn đƣợc xác suất nhiều q trình thực nghiệm cụ thể Trong mơn vật lí thống kê, lí thuyết thống kê, cơng cụ tốn học để xử lí trƣờng hợp số đơng, đƣợc áp dụng lĩnh vực học, môn học liên quan đến chuyển động hạt hay vật thê chịu tác dụng lực Vật lí thơng kê cung cấp sở để hiểu đƣợc mối quan hệ hệ vi mô trình vĩ mơ, đƣợc quan sát thấy trực tiếp bới ngƣời, đó, giải thích đƣợc tƣợng nhiệt động lực nhƣ kết tự nhiên phối hợp học thống kê học Cơ học thống kê nhiệt động lực học liên hệ qua khái niệm trung tâm en tropy HI Mối quan hệ mơn vật lí lí thuyết vật lí đại cƣơng Cơ học đại cƣơng học lí thuyết cổ điển Trong sinh viên tìm thấy mơn học đại cƣơng cách trình bày truyền thống: từ động học chất điểm đến động lực học chất điểm với giới thiệu định luật Newton, định luật bảo toàn động lƣợng định luật bảo toàn lƣợng Sau đó, trƣờng hấp dẫn học vật rắn đƣợc giới thiệu Trong môn học lý thuyết, học Newton đƣợc trình bày cách tổng hợp : tính chất chuyển động đƣợc suy từ mối quan hệ hàm lực thời gian, vị trí, hay vận tốc chất điểm Phƣơng pháp tiếp cận học giải tích đƣợc trình bày : bao gồm hệ hình thức Lagrange hệ hình thức Hamilton Chuyển động trƣờng xuyên tâm dƣới tác dụng lực hấp dẫn đƣợc xem ứng dụng quan trọng, nhằm mục đích chứng minh định luật Kepler để suy tính chất chuyển động thiên thể, giải thích số tƣợng liên quan đến lực hấp dẫn nhƣ tƣợng thủy triều Các dao động nhỏ đƣợc khảo sát nhằm mục đích kép: ứng dụng cụ thể học lớp quan trọng chuyển động để giúp sinh viên đào sâu, nắm vững phƣơng pháp học Newton, mặt khác, để chuẩn bị kiến thức để sinh viên theo dồi dễ dàng môn học khác vật lý lý thuyết Chuyển động hệ quy chiếu phi quán tính đƣợc đề cập, đặc biệt ý đến trƣờng hợp chƣa đƣợc giải triệt để chƣơng trình học đại cƣơng nhƣ trƣờng hợp lực Coriolis chẳng hạn Cuối cùng, chuyển động vật rắn đƣợc khảo sát với cơng cụ tốn học cao phức hợp so với công cụ đƣợc sử dụng trình độ đại cƣơng; khảo sát Euler chuyển động quay đƣợc giới thiệu với sinh viên nhằm cung cấp cho sinh viên nhìn tổng quát Điện từ học đại cƣơng, quang học đại cƣơng, học đại cƣơng điện động lực học Trong cách trình bày, bố cục nội dung chƣơng điện từ học đại cƣơng trọng đến trình tự lịch sử mơn học nhƣ phân bố kiến thức chƣơng trình vật lý bậc phổ thơng trung học nhƣ vậy, điều tất yếu lí thuyết trƣờng điện từ thống đƣợc đề cập đến phần cuối mơn học, mơn điện động lực học, sinh viên đƣợc giới thiệu từ đầu thống trƣờng điện từ chân không mơi trƣờng vật chất Sau đó, trƣờng họp đặc biệt độc lập thời gian điện trƣờng từ trƣờng (và trƣờng hợp chuẩn dùng sau đó) đƣợc khảo sát riêng rẽ Sau chƣơng đƣợc dành riêng cho lý thuyết sóng điện từ chƣơng tƣợng xạ điện từ đƣợc giới thiệu cho sinh viên Cơ học lƣợng tử vật lý nguyên tử hạt nhân Theo chƣơng trình thức khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP.HCM, môn học vật lý nguyên tử hạt nhân đƣợc bố trí thành môn học chuyên đề, theo tinh thần mơn học đại cƣơng, đó, kiến thức sơ học sóng đƣợc giới thiệu với sinh viên thông qua số kiện thực nghiệm đƣợc trình bày theo quan điểm lịch sử; ý tƣởng Thompson, Rutherford, Bohr, De Broglie đƣợc trình bày lần lƣợt để dẫn đến cần thiết phải sáng tạo môn khoa học học lượng tử, cụ thể phƣơng trình Schrodinger Qua môn học này, sinh viên sƣ phạm đƣợc trang bị kiến thức đại cƣơng cấu trúc nguyên tử phân tử, cần thiết để giảng dạy kiến thức óc liên quan chƣơng trình phổ thông trung học Điều khác biệt bật nội dung hai môn học vật lý nguên tử hạt nhân học lƣợng tử đƣợc nhận thấy chƣơng thứ hai chƣơng trình học lƣợng tử Ở đây, tƣ tƣởng môn học vật lý lý thuyết đƣợc soi sáng hệ thống kiến thức toán học, đƣợc sử dụng nhƣ cơng cụ để hiểu đƣợc nội dung môn học học lƣợng tử này: phép tính tốn tử, tốn trị riêng, trạng thái vật lý hệ vật lý đƣợc biểu thị vectơ không gian vectơ trạng thái Phần tiên đề học lượng tử đƣợc thảo luận nhƣ minh chứng cho tinh thần mơn vật lý lý thuyết, phƣơng trình Schrodinger đƣợc trình bày nhƣ "nguyên tắc bản", nguyên lý bất định Heisenberg đƣợc chứng minh Sau áp dụng quan trọng phƣơng trình Shrodinger chuyển động chiều (đƣợc đào sâu việc sử dụng cơng cụ tốn học phức hợp hơn), lần nữa, cách trình bày trừu tƣợng đọng phƣơng trình trị riêng dƣới dạng cơng cụ đại số tuyến tính đƣợc giới thiệu: dạng ma trận tốn trị riêng Ký hiệu Dirac đƣợc đƣa vào để phát biểu nguyên tắc học lƣợng tử dƣới dạng cô đọng tiện lợi Vật lý thống kê nhiệt học đại cƣơng Trong quan điểm tổng quát quan điển đƣợc giảng dạy môn nhiệt học, đồng thời đối tƣợng nhƣ mục đích nghiên cứu mơn vật lý thống kê đƣợc xác định thiết lập mối quan hệ tính chất vi mơ - vốn đối tƣợng môn học lƣợng tử với đặc tính vĩ mơ, khái niệm trọng tâm vật lý hệ nhiều hạt, số trạng thái vi mô đƣợc đề cập đến từ chƣơng Tiếp theo, khái niệm entropy thống kê tổng quát lý thuyết thông tin khái niệm entropy nhiệt động lực đƣợc định nghĩa nhƣ trƣờng hợp riêng ngành vật lý thống kê Với phƣơng pháp đƣợc đặt ra, tiên đề vật lý thống kê đƣợc phát biểu sở đó, phân bố thống kê vi tắc, tắc, tắc lớn lần lƣợt đƣợc khảo sát Các ứng dụng phân bố cổ điển nhƣ phân bố lƣợng tử đƣợc ý thích đáng, Đặc biệt, khác biệt bật vật lý thống kê nhiệt học đại cƣơng môn học trƣớc, phần nhiệt động lực đƣợc xem nhƣ hệ đƣơng nhiên hệ thống tiên đề học thống kê, mơn học sau, ngun lý nhiệt động lực học phải đƣợc chấp nhận.Ngoài ra, định luật khí lý tƣởng đƣợc xem nhƣ định luật thực nghiệm môn nhiệt học thì, học vật lý thống kê, sinh viên thấy hệ hồn tồn chứng minh đƣợc Cũng vậy, nghiên cứu hệ khí photon cân bằng, sinh viên có dịp thấy đƣợc sau định luật Planck đƣợc suy từ nguyên tắc chung học thống kê, loạt định luật thực nghiệm nhƣ định luật Rayleigh-Jeans, định luật Wien, định luật dời chuyển Wien, định luật Stefan-Boltzmann đƣợc chứng minh nhƣ hệ tất yếu IV Nội dung môn vật lí lí thuyết đƣợc giảng dạy khoa Vật lí, trƣờng ĐHSP TP HCM Khái quát Trên sở nhận định trên, lí tự tồn nhƣ mơn khoa học góp phần nâng cao khả lí luận ngƣời học, mục đích mở rộng đào sâu kiến thức mà sinh viên học mơn vật lí đại cƣơng để có đƣợc kiến thức vững vàng trở thành ngƣời giáo viên giảng dạy chƣơng trình vật lí phổ thơng sau này, nhƣ hƣớng dẫn cho sinh viên phƣơng pháp luận ngành vật lí li thuyết, tổ mơn vật lí lí thuyết, khoa vật lí, trƣờng ĐHSP TP HCM, tổ chức thảo luận, tham khảo tƣ liệu nƣớc nhƣ tƣ liệu nƣớc ngồi, soạn thảo chƣơng trính giảng dạy mơn học vật lí lí thuyết bao gồm học lí thuyết, điện động lực học, học lƣợng tử, vật lí thống kê đáp ứng yêu cầu Bộ Giáo dục & Đào tạo, đồng thời, phù hợp với tình hình thực tế giảng dạy khoa liên quan tới nhân lực, vật lực, thời gian, Chƣơng trình đề nghị lƣu tâm thích đáng đến tính liên tục với chƣơng trình vật lí đại cƣơng đƣợc giảng dạy cho sinh viên học phần trƣớc, tính kế thừa mơn học chƣơng trình vật lí lí thuyết, nhƣng đồng thời, quan tâm thích đáng đến tính độc lập phân bố kiến thức môn học, hầu mơn học đƣợc giảng dạy sau theo hệ thống tín Nội dung chƣơng trinh vật lí lí thuyết Chƣơng trình sau đƣợc trích từ chƣơng tình giảng dạy khoa vật lí, trƣờng ĐHSP TP HCM CƠ HỌC LÝ THUYẾT Số đơn vị học tình: đvht Trình độ: cho sinh viên năm thứ ba Phân bổ thời gian: - Lý thuyết: 40 tiết - Bài tập : 20 tiết Nội dung chi tiết học phần : Chƣơng : Phƣơng trình Newton: (6,3) Chƣơng 2: Phƣơng trình Lagrange: 12 (7, 5) Chƣơng 3: Chuyển động trƣờng xuyên tâm: (5, 4) Chƣơng 4: Dao động : 10 (6,4) Chƣơng 5: Chuyển động hệ qui chiếu khơng qn tính: 10(6,4) Chƣơng 6: Chuyển động vật rắn: (6, 0) Chƣơng 7: Hấp dẫn Newton: (4,0) ĐIỆN ĐỘNG LỰC HỌC Số đơn vị học trình: đvht Trình độ: cho sinh viên năm thứ ba Phân bổ thời gian: - Lý thuyết: 50 tiết - Bài tập: 25 tiết 10 Nội dung chi tiết học phần: Chƣơng : Những định luật trƣờng điện từ chân không: 12 (9, 3) Chƣơng 2: Những định luật trƣờng điện từ môi trƣờng: 12(8,4) Chƣơng 3: Trƣờng tĩnh điện: 10 (7, 3) Chƣơng 4: Từ trƣờng dừng: (6, 2) Chƣơng 5: Trƣờng điện từ chuẩn dừng: (6,2) Chƣơng 6: Sóng điện từ: (6, 2) Chƣơng 7: Bức xạ sóng điện từ: (5,2) Chƣơng 8: Điện động lực học tƣơng đối tính: 10 (8, 2) CƠ HỌC LƢỢNG TỬ Số đơn vị học trình: đvht Trình độ: cho sinh viên năm thứ tƣ Phân bổ thời gian - Lý thuyết: 50 tiết - Bài tập: 25 tiết Nội dung chi tiết học phần: Chƣơng : Cơ sở vật lý hợc lƣợng tử: (4,3) Chƣơng : Cơng cụ tốn học học lƣợng tử: 15 (10,5) Chƣơng : Chuyển động chiều: 14 (9,5) Chƣơng 4: Chuyển động hạt trƣờng xuyên tâm: 18 (12,6) Chƣơng : Lý thuyết biểu diễn: 10 (7,3) Chƣơng 6: Lý thuyết nhiễu loạn: (5,2) Chƣơng : Spin hệ hạt đồng nhất: (3,1) VẬT LÝ THỐNG KÊ Số đơn vị học trình: đvht Trình độ: cho sinh viên năm thứ tƣ Phân bổ thời gian: 11 - Lý thuyết: 40 tiết - Bài tập: 20 tiết Nội dung chi tiết học phần: Chƣơng : Mô tả thống kê hệ vĩ mô: 10 (7,3) Chƣơng 2: Phân bố vi tắc tiên đề học thống kê: (4,2) Chƣơng 3: Phân bố tắc ứng dụng: 10 (6,4) Chƣơng 4: Nhiệt động lực thống kê: (4,2) Chƣơng 5: Phân bố tắc lớn Các thống kê lƣợng tử: (5,3) Chƣơng 6: Thống kê lƣợng tử : khí fermi lý tƣởng: (5,2) Chƣơng 7: Thống kê lƣợng tử: khí bose lý tƣởng: (5,2) Chƣơng 8: Đại cƣơng tƣợng vận chuyển: (4,2) 12 V HƢỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI Thiết lập chƣơng trình giảng dạy ln nhiệm vụ quan trọng phải thực nhà trƣờng nào, lẽ đơn giản trƣớc tiên, nhà trƣờng phải xác định đƣợc đào tạo phân chất gì, đê đạt mục đích cân phải tiên hành cơng việc Đồng thời, ngƣời thầy giáo phải biết phải dạy cho học sinh hay sinh viên trƣớc bắt đầu chuẩn bị giảng lên lớp Tuy nhiên, chƣơng trình giảng dạy khơng thể đƣợc hồn thành giữ khơng thay đổi thời gian dài đƣợc Những yêu cầu đào tạo không ngừng thay đổi xã hội tiến triển làm cho chƣơng trình giảng dạy phải đƣợc liên tục cập nhật, điều chỉnh để thích ứng với tình hình Dĩ nhiên, mơn học vật lý lý thuyết khơng nằm ngồi thơng lệ Và nhƣ vậy, đề tài nghiên cứu khoa học có bƣớc phát triển mà ta phác họa nhƣ sau : • Thứ nhất, phải có thơng tin phản hồi từ phía sinh viên chƣơng trình, nội dung giảng dạy Điều thực đƣợc qua phiếu thăm dò gửi cho sinh viên kiểm tra kiến thức mà sinh viên phải làm qua kỳ thi Qua việc điều tra trên, ta nhận đƣợc thơng tin từ phía đối tƣợng thu nhận kiến thức, mức độ khó vấn đề, chi tiết cần làm rõ thêm giảng dạy, để, tiếp tục cải tiến chƣơng trình trống thời gian tới • Thứ hai, nhƣ đƣợc trình bày, chƣơng trình phải đƣợc cải tiên sau thời gian định, bình diện cập nhật kiến thức mà cịn mức độ hệ thống hoa, bổ sung kiến thức mới, lƣợc bỏ kiến thức khơng cịn phù hợp, để thích nghi với yêu cầu tổng thể giáo dục đại học, ví dụ nhƣ áp dụng phƣơng pháp giảng dạy (học theo dự án - project based learning 13 TÀI LIỆU THAM KHẢO • Chƣơng trình giảng dạy vật lý, Khoa vật lý, trƣờng ĐHSP TP HCM, 1995 • Chƣơng trình giảng dạy vật lý MIT (2005) • Chƣơng trình giảng dạy vật lý UNIVERSITÉ PIERRE & MARIE CURIE, PARIS VI (2005) • Chƣơng trình giảng dạy vật lý Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM (2005) 14 ... ĐẠI HỌC SƢ PHẠM TP HCM BÁO CÁO TỔNG KẾT Đề tài nghiên cứu khoa học công nghệ cấp trƣờng Cải tiến chƣơng trình giảng dạy vật lý lý thuyết cho sinh viên khoa Vật lý, trƣờng Đại học Sƣ phạm TP HCM. .. trình nghiên cứu khoa học " CẢI TIẾN CHƢƠNG TRÌNH GIẢNG DẠY VẬT LÝ LÝ THUYẾT CHO SINH VIÊN KHOA VẬT LÝ, TRƢỜNG ĐHSP TP HCM " II CÁC BỘ MÔN VẬT LÝ LÝ THUYẾT Vật lí lý thuyết ngành học có mục đích... Chƣơng trình giảng dạy vật lý Khoa Vật lý, Đại học Khoa học Tự nhiên TP HCM (2005) 29 PHỤ LỤC A: CHƢƠNG TRÌNH VẬT LÝ ĐẠI CƢƠNG ĐỀ CƢƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN: CƠ HỌC 1 Số đơn vị học trình: đvht Trình