Nghiên cứu dạy học những kiến thức vật lý đại cương ứng dụng trong y học ở trường cao đẳng y tế cần thơ luận văn thạc sỹ vật lý

MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Gần một thế kỷ đi qua từ khi con người biết vận dụng kiến thức vật lý vào việc chữa trị cũng như phát hiện các bệnh mà bình thường không chuẩn đoán được từ việc ra đời máy chụp X-Quang tương tự (analog) cho đến máy chụp X-Quang kỹ thuật số hay Phương pháp chụp mạch máu để chữa các bệnh về mạch máu cho đến máy X-Quang cắt lớp vi tính (máy CT) ra đời từ những năm 1972 đã giúp cho con người chuẩn đoán được các bệnh tật bên trong cơ thể gần như là chính xác. Nhưng việc giảng dạy Vật lý đại cương cho sinh viên ở các trường cao đẳng không chuyên lý đặc biệt là cho sinh viên nghành y tế là rất khó khăn bởi vì theo quan niệm của các sinh viên học những môn không chuyên ngành của mình và không có ứng dụng vào chuyên môn của mình sau này nên các em không chuyên tâm vào học Vật lý đại cương chỉ học một cách đối phó cho cho đủ các môn theo nhà trường yêu cầu mà không có thái độ học tập nghiêm túc. Vì vậy khi nghiên cứu đề tài này chúng tôi muốn giúp các em thấy được tầm ứng dụng của vật lý trong y học: những kiến thức về cơ học và nhiệt học liên quan đến sự vận động của các bộ phận trên cơ thể con người, đặc biệt là trong các thiết bị y tế như: máy chụp X-Quang, máy chụp cộng hưởng từ, máy chụp CT . Từ đó giúp các sinh viên thấy được tầm ứng dụng vật lý trong y học, giúp các em có thái độ đúng đắng trong học tập các môn đại cương đặc biệt môn Vật lý. Với những lí do trên, chứng tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu dạy học những kiến thức Vật lý đại cương ứng dụng trong y học ở trường Cao đẳng y tế Cần Thơ” nghiên cứu nhằm góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nghề ở trường Cao đẳng y Cần Thơ. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu khai thác giảng dạy những kiến thức Vật lí đại cương ứng dụng trong y học nhằm nâng cao chất lượng học tập của sinh viên trường Cao đẳng y tế Cần Thơ. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Quá trình đào tạo sinh viên ở trường Cao đẳng y tế Cần Thơ. - Quá trình dạy môn Vật lí đại cương 3.2. Phạm vi nghiên cứu Dạy học những kiến thức Vật lí đại cương (phần cơ học và nhiệt học) ứng dụng trong y học đối với sinh viên cao đẳng y tế Cần Thơ. 4. Giả thuyết khoa học Nếu khai thác được những kiến thức Vật lý đại cương ứng dụng trong y học và tổ chức được quá trình dạy học đảm bảo tính khoa học thì có thể nâng cao được chất lượng đào tạo sinh viên ở trường Cao đẳng y tế Cần Thơ. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu lý luận dạy học ở trường cao đẳng, đại học. 5.2. Nghiên cứu những kiến thức vật lý ứng dụng trong y học 5.3. Thiết kế nội dung dạy học những kiến thức Vật lý đại cương cho sinh viên cao đẳng y tế Cần thơ. 5.4. Thực nghiệm sư phạm 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận 6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiển 6.3. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 6.4. Phương pháp thống kê toán học 7. Kết quả đóng góp của đề tài 7.1. Về lí luận Làm sáng tỏ cơ sở lý luận dạy vật lý đại cương với những kiến thức ứng dụng trong y học cho sinh viên ngành y tế. 7.2. Về thực tiễn Xây dựng được nội dung dạy học những kiến thức Vật lí đại cương ứng dụng trong y học 8. Cấu trúc luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận, Phụ lục và Tài liệu tham khảo, luận văn có 3 chương sau: Chương 1. Cơ sở lý luận của đề tài Chương 2. Dạy học những kiến thức Vật lí đại cương ứng dụng trong y học Chương 3. Thực nghiệm sư phạm Kết luận Tài liệu tham khảo Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Nghiên cứu vật lý và dạy học vật lý 1.1.1. Khái quát về nghiên cứu của vật lý Vật lý là một môn học thuộc lĩnh vực tự nhiên có nhiều ứng dụng trong cuộc sống con người, vật lý học là một ngành khoa học nghiên cứu về tự nhiên nó nghiên cứu các sự vật hiện tượng xảy ra trong tự nhiên mà con người gặp phải trong cuộc sống hằng ngày con người nghiên cứu và vận dụng nó vào trong cuộc sống bắt tự nhiên phục vụ lại con người và con người cải tạo tự nhiên ngày càng tốt hơn, vật lý học chia ra làm hai lĩnh vực: vật lý lý thuyết và vật lý thực nghiêm. Từ thế kỷ 20 các nhà vật lý tập trung đi sâu vào nghiên cứu những lĩnh vực chuyên sâu và nhiều ngành vật lý mới đã được hình thành, khó có thể kể hết, như vật lý chất rắn, vật lý nhiệt độ thâp, quang lượng tử, cơ học lượng tử, lý thuyết trường, hạt cơ bản. Trong đó có ngành vật lý y sinh được hình thành và phát triển có nhiều tthành tựu mới về nghiên cứu y học: các xung điện thần kinh hoạt động như thế nào. Các nguyên tắc hoạt động của một tế bào sống, 1.1.2 Nhiệm vụ dạy học vật lý ở các trường đại học và cao đẳng Nhìn từ góc độ lý luận dạy học vật lý đại cương ở các trường cao đẳng và đại học phải đảm tốt thực hiên ba nhiệm vụ sau - Nhiệm vụ một: trang bị cho sinh viên hệ thống những tri thức khoa học hiện đại, hệ thống các kỹ năng kỹ sảo tương ứng về một khoa học nhất định, bước đầu trang bị cho sinh viên phương pháp luận khoa học, các Phương pháp nghiên cứu và phương pháp tự học liên quan đến nghề nghiệp tương lai của họ - Nhiệm vụ hai; phát triển năng lực hoạt động trí tuệ của sinh viên - Nhiệm ba: quá trình dạy học phải hình thành thế giới quan khoa học, nhân sinh quang và phẩm chất đạo tốt đẹp của người cán bộ khoa học kỹ thuật, có tri thức, có tay nghề, có năng lực thực hành, năng động và sáng tạo, có khả năng thích ứng với những thay đổi nghề nghiệp trong nền kinh tế thị trường, có bản lĩnh tự tạo được việc làm, có ý thức thực hiện nghĩa vụ công dân,… Trong chương trình đào tạo ở các trường đại học và cao đẳng có ba khối kiến thức: khối kiến thức cơ bản, khối kiến thức cơ sở và khối kiến thức chuyên ngành. Vật lý đại cương là một trong những môn học của khối kiến thức cơ bản, nó có tính quyết định quan trọng tron g quá trình đào tạo của ngành học. Để thực hiện mục tiêu của viêc đổi mới chương trình đào tạo ở bậc đại học và cao đẳng thì việc đổi mới nội dung và phương pháp dạy học là những yếu tố có thể nói quyết định chất lượng đào tạo. Để khắc phục tình trạng giảng dạy vật lý đại cương ở các trường chuyên nghiệp (đại học và cao đẳng) mà đã kéo dài: nhà trường dạy cái chúng ta có chứ chưa dạy cái mà sinh viên cần trong hoạt động nghề nghiệp của họ sau khi ra trường. tùy thuộc vào ngành nghề đào tạo mà việc dạy vật lý đại cương ở các trường chuyên nghiệp phải theo hướng: khai thác những kiến thức vật lý đại cương ứng dụng vào ngành nghề của sinh viên (trong đó có ngành y tế) 1.1.3 Định hướng đổi mới nội dung và Phương pháp giảng dạy các môn học ở các trường đại học và cao đẳng nói chung và môn Vật lý nói riêng Cách mạng xã hội và cách mạng khoa học công nghệ đang phát triển với tốc độ vũ bão đòi hỏi nội dung dạy học vật lý đại cương không ngừng đỏi mới và hoàn thiện theo các hướng cơ bản sau: - Nội dung dạy học phải phù hợp với mục đích dạy học và đào tạo và các nhiệm vụ dạy học ở trường nghề - Nội dung dạy học vật lý đại cương phải bảo đảm tính toàn diện tính hệ thống, cân đối giữa lý thuyết và thực hành, thống nhất giữa tính khoa học và tính giáo dục, cập nhật nững thành tựu khoa học, kỹ thuật-công nghệ trên lĩnh vực kinh tế-xã hội của thế giới và trong nước đối với ngành nghề đào tạo đó chính là phải hiện đại hóa nội dung dạy học. - Nội dung giảng dạy vật lý đại cương phải thể hiện mối quan hệ tương tác giữa mục đích-nội dung -môi trường và qui trình đào tạo nghề - Nội dung dạy học vật lý đại cương phải góp phần tích cực vào quá trình đào tạo nghề cho sinh viên và làm cơ sở cho họ có khả năng tự học suốt đời. Bên cạnh đổi mới nội dung dạy học vật lý đại cương, việc đổi mới phương pháp giảng dạy đang là một vấn đề cần phải đổi mới. Có thể thấy hệ thống các phương pháp dạy học truyền thống sử dụng trong các trường đại học và cao đẳng: thuyết trình, diễn giảng, đàm thoại,… thì hệ thống các phương pháp dạy học hiện đại đã và đang hình thành và phát triển. Những phương pháp dạy học tích cực là một thuật ngữ rút gọn, hàm ý chỉ khai thác những phương pháp dạy học tiếp cận theo hướng tích cực chủ động sáng tạo của người học cụ thể là hướng tới hoạt động học, tích cực hóa hoạt động nhận thức với bốn dấu hiệu cơ bản, đó là: - Dạy học thông qua tổ chức các hoạt động của người học - Dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp tự học - Tăng cường học tập cá thể phối hợp với học tập hợp tác - Kết hợp đánh giá của thầy và tự đánh giá của người học Mỗi cách tiếp cận này lại đưa ra các phương pháp cụ thể để vận dụng như: phương pháp động não, phương pháp đóng vai, phương pháp nghiên cứu tình huống, phương pháp thảo luận nhóm, Những năm gần đây trong phong trào đổi mới phương pháp dạy học đại học và cao đẳng ở Việc Nam những Phương pháp dạy học tích cực đang được áp dụng. Về mặc lý luận và thực tiễn dạy học thì không có phương pháp nào là độc tôn, mỗi phương pháp đều có điểm mạnh và điểm yếu. Áp dụng các phương pháp dạy học tích cực (hay còn gọi là các PPDH hiện đại) không có nghĩa là gạt bỏ các PPDH truyền thống. Các phương pháp dạy học ttruyền thống vẫn có những khía cạnh tích cực của chúng mà không thể thay thế được Tùy thuộc vào nội dung của môn học và hình thức tổ chức dạy học mà người thầy lựa chon, sử dụng phương pháp dạy học thích hợp để dạy có hiệu quả. 1.2 Nội dung dạy học vật lý đại cương Là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu, một tiến trình có những tính chất cơ bản sau đây a) Tính ứng dụng vào thực tiễn Khi dạy các kiến thức vật lý đại cương ta có thể lồng ghép các ứng dụng trong thực tiễn vào ngay trong bài học để sinh viên có thể nắm bắt được ngay vấn đề cần học tập và nghiên cứu Tính ứng dụng có thể học thấy ngay hoặc thông qua một số quá trình khác nhau mà sinh viên cần phân tích mới thấy rõ ý nhĩa của nó Trong dạy học vật lý, tính ứng dụng có ý nhĩa quan trọng: sử dụng tính chất này khi xây dựng học tập và nghiên cứu, sinh viên được rèn luyện một loạt các thao tác tư duy, phát triển niềm tin vào mối liên hệ có tính khái quát, nhận thức quy luật của các sự vật hiện tượng đa dạng và phong phú. Sử dụng tính chất này còn góp phần nâng cao chất lượng của giờ học, thể hiện trước hết là tính sâu sắc, tính hệ thống của các kiến thức vì nó tạo điều kiện cho sinh viên liên hệ cái chưa biết tới cái đã biết, phát hiện những mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khác nhau của vật lý cũng như những dấu hiệu gống nhau và khác nhau của chúng b) Tính đơn giản Như ta đã biết thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú. Mỗi định luật hay định lý chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thực tế. Trong khi xây dựng tiến trình ta loại bỏ yếu tố trừu tượng còn lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất. Như vậy tính đơn giản của tính trình là một thuộc tính khác quan Mặc khác cũng nhờ tính đơn giản này của tiến trình mà nhà nghiên cứu có thể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan khái quát hóa chúng rút ra những quy luật c) Tính trực quan Khi giảng dạy các tính chất có tính ứng dụng trong thực tiễn sinh viên sẽ dễ dàng tiếp thu được lượng kiến thức được ngay d) Tính lý tưởng Kiến thức vật lý xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn, nhưng khi ta khái quát thành một định luật hay định lý tức ta đã trừu tượng hóa, nhưng khi ta mang nó vào ứng dụng trong những trường hợp cụ thể làm cho đơn giản đi 1.3. Một số phương pháp dạy học ứng dụng kiến thức vật lý 1.3.1. Phương pháp nêu vấn đề Trên cơ sở lý thuyết mà sinh viên đã được học ta nêu vấn đề các kiến thức đó có liên hệ trong thực tế như thế nào. 1.3.2 Phương pháp mô hình Là phương pháp ta sử dụng những mô hình có thật trong thực tế, các thiết bị sử dụng hằng ngày xung quanh chúng ta để cho học sinh thấy được ứng dụng của kiến thức vào trong thực tiễn Đó là hệ thống những ký hiệu dùng với tư cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức, phương trình toán học. Chúng tôi chú ý đặc biệt đến hai loại mô hình ký hiệu là mô hình toán học và mô hình đồ thị. a) Mô hình toán học: Là những mô hình có bản chất khác với vật gốc, chúng diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học. Chẳng hạn như tất cả những đại lượng q biến thiên thỏa mãn phương trình: q”+ ω 2 q = 0 đều biến thiên theo một quy luật dao động điều hòa. Bởi vậy có thể dùng công thức đó là mô hình của mọi dao động điều hòa không phụ thuộc vào bản chất của dao động. Mục đích của mô hình hóa là thay thế đối tượng nghiên cứu bằng phương trình sao cho có thể thu được những thông tin cần thiết một cách dễ dàng nhất. Bởi vậy có thể ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thức xuất phát từ những yếu tố quan sát được (lực đàn hồi) để xây dựng mô hình dao động cơ học, sau đó dùng mô hình để nghiên cứu dao động điện không quan sát trực tiếp được. Tuy mô hình toán có ưu điểm về sự chặt chẽ của toán học, có thể xét tới những yếu tố ảnh hưởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm, song sự chặt chẽ này đồng thời lại là nhược điểm của mô hình toán, vì nó có khoảng cách khá xa với tính linh hoạt của các quá trình thực, nhất là các quá trình xã hội b) Mô hình đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến mô hình đồ thị, là một loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong nghiên cứu thực nghiệm, nhưng chưa được hiểu và sử dụng đúng mức. Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữa hai hoặc ba đại lượng vật lý mô tả hiện tượng tự nhiên. Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tượng theo quan điểm vĩ mô (theo hiện tương luận) thì trong nhiều trường hợp, có thể dựa vào đồ thị để giải thích sự diễn biến của hiện tượng. Chẳng hạn, người ta thường dựa vào đặc tuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó. Ngược lại với một điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biết trazito hoạt động ở chế độ tuyến tính hay không tuyến tính. Mỗi đồ thị không những chỉ phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số giữa hai đại lượng vật lý, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên hệ đó. đó chính là chức năng tiên đoán của đồ thị. Đồ thị của đường đẳng tích và đường đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối. Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy có hai yếu tố trái ngược nhau chi phối hiện tượng mà ta xét. Đó chẳng hạn là trường hợp đồ thị thực nghiệm của sự phụ thuộc năng suất phát xạ đơn sắc của vật đen tuyệt đối và bước sóng. Như vậy, đồ thị vật lý hoàn toàn có đủ tư cách là một mô hình lý thuyết của hiện tượng vật lý. Để cho đồ thị có ý nghĩa như một mô hình độc lập chứ không phải chỉ là một dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và sử dụng riêng của đồ thị. c) Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học. Mô hình này được sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. Có thể coi mô hình dùng trong máy tính điện tử là mô hình ký hiệu đã được vật chất hóa. Những hiện tượng hoặc quá trình cần nghiên cứu được mô hình hóa dưới dạng chương trình của maý tính, nghĩa là hệ thống quy luật đã được mã hóa theo ngôn ngữ của máy, chương trình này có thể coi như algorit của các hành vi của đối tượng nghiên cứu. Trong vật lý học những mô hình lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quá trình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng. Mô hình ký hiệu và mô hình biểu tượng trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và có ảnh hưởng đến sự phát triển của nhau. Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ dạy kiến thức vật lý sau đây: 1.4 Dạy học theo hướng ứng dụng kiến thức vật lý Những kiến thức vật lý là được các nhà khoa học phát minh từ những sự vật từ những sự vật hiện tượng rồi tổng hợp và khái quát hóa thành những Thực tiễn Xây dựng lý thuyết Giải thích vấn đề Áp dụng vào thực tiễn