Xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học phần quang học lớp 11 trunh học phổ thông dựa trên một số nguyên tắc sáng tạo triz

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH _ NGUYỄN NGỌC HẢI XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO DÙNG CHO DẠY HỌC PHẦN QUANG HỌC LỚP 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG DỰA TRÊN MỘT SỐ NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRIZ Chuyên ngành: Lí luận phương pháp dạy học mơn Vật lí Mã số: 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM THỊ PHÚ Nghệ An, năm 2011 i1 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn: - PGS.TS Phạm Thị Phú định hướng đề tài, động viên để tác giả hoàn thành luận văn này; - Các Thầy, Cô tổ phương pháp giảng dạy, khoa Vật lí, Khoa sau Đại học trường Đại Học Vinh tạo điều kiện để tác giả hồn thành khóa học; - Ban giám hiệu, Thầy, Cơ tổ Vật lí – Cơng nghệ trường THPT Lưu Đình Chất Hoằng Hóa Thanh Hóa trường THPT Hàm Rồng Thành Phố Thanh Hóa tạo điều kiện để tác giả thực nghiệm sư phạm đề tài; - Cuối lời cảm ơn đến người thân yêu ruột thịt tạo điều kiện tốt để tơi hồn thành khóa học i2 BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN VĂN BT Bài tập BTST Bài tập sáng tạo BTXP Bài tập xuất phát GV Giáo viên HS Học sinh SBT Sách tập SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TP Thành phố i3 MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu .2 Đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Kết đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn Chương Cơ sở lí luận xây dựng hệ thống tập sáng tạo Vật lí trường phổ thơng theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ 1.1 Năng lực tư sáng tạo 1.1.1 Khái niệm lực 1.1.2 Khái niệm tư .6 1.1.3 Khái niệm sáng tạo 10 1.1.4 Tư sáng tạo 11 1.2 Dạy học sáng tạo 17 1.2.1 Cơ sở lí thuyết dạy học sáng tạo 17 1.2.2 Cơ sở tâm lí học 18 1.2.3 Cơ sở lí luận dạy học 19 1.2.4 Cơ sở phương pháp luận sáng tạo 19 1.2.5 Dạy học sáng tạo Vật lí trường phổ thơng .20 1.3 Vận dụng số nguyên tắc sáng tạo TRIZ xây dựng tập sáng tạo dạy học Vật lí trường phổ thơng 20 1.3.1 Bài tập sáng tạo Vật lí 20 1.3.2 Các dấu hiệu nhận biết tập sáng tạo Vật lí 21 i4 1.3.3 Chiến lược tổng quát giải tập vật lí 23 1.3.4 Định hướng tư cho học sinh q trình giải tập vật lí 24 1.3.5 Mối quan hệ TRIZ tập sáng tạo vật lí 25 1.3.6 Giới thiệu số nguyên tắc sáng tạo TRIZ vận dụng xây dựng giải tập sáng tạo vật lí .27 1.3.7 Phương pháp xây dựng tập sáng tạo vật lí dựa nguyên tắc sáng tạo TRIZ 29 Kết luận chương .32 Chương Xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần quang học Vật lí 11 THPT đề xuất phương án dạy học 33 2.1 Mục tiêu dạy học phần quang học lớp 11 – THPT nâng cao .33 2.2 Phân tích cấu trúc, nội dung dạy học phần quang học lớp 11 – THPT 34 2.3 Tìm hiểu thực trạng dạy học tập vật lí nói chung, tập sáng tạo vật lí nói riêng phần quang học lớp 11 nâng cao số trường THPT địa bàn huyện Hoằng Hóa Thành phố Thanh Hóa, Tỉnh Thanh Hóa 36 2.3.1 Thực trạng xuất 36 2.3.2 Thực trạng dạy học 36 2.3.3 Kết tìm hiểu 38 2.3.4 Nguyên nhân thực trạng 38 2.4 Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần quang học 11 – nâng cao THPT 39 2.4.1 Bài tập có hình thức tương tự, nội dung biến đổi .39 2.4.2 Bài tập thí nghiệm .44 2.4.3 Bài tập hộp đen 533 2.4.4 Bài tập cho thiếu, thừa sai kiện .56 2.4.5 Bài tập nghịch lý ngụy biện 57 2.5 Sử dụng tập sáng tạo vào dạy học Vật lí nhằm bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh .60 2.5.1 Bài tập sáng tạo tiết học luyện tập giải tập Vật lí .60 i5 2.5.2 Bài tập sáng tạo tiết học thực hành thí nghiệm Vật lí .64 2.5.3 Bài tập sáng tạo dạy học tự chọn 66 Kết luận chương .71 Chương Thực nghiệm sư phạm .72 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 72 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 72 3.3 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 72 3.4 Phương pháp tiến hành thực nghiệm sư phạm 73 3.5 Nội dung thực nghiệm sư phạm 73 3.5.1 Lựa chọn lớp đối chứng lớp thực nghiệm 73 3.5.2 Tiến hành thực nghiệm: .74 3.6 Kết thực nghiệm sư phạm 75 3.6.1 Lựa chọn tiêu chí đánh giá 75 3.6.2 Đánh giá kết 76 Kết luận chương .80 Kết luận .81 Tài liệu tham khảo .83 Phụ lục PL1 Phụ lục 1a Phiếu thăm dò Giáo viên PL1 Phụ lục 1b Phiếu thăm dò học sinh PL3 Phụ lục Giáo án thực nghiệm PL4 Phụ lục Giáo án kiểm tra PL8 Phụ lục Hình ảnh thực nghiệm PL12 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Trong thực tế đời sống người kể từ thuở xa xưa đến hay mãi sau lĩnh vực nào, hoàn cảnh nào, điều kiện cần sáng tạo Sáng tạo thứ tất yếu dẫn đến thành công phát triển Để sáng tạo vận dụng sáng tạo sống từ cịn ngồi ghế nhà trường học sinh phải học biết sáng tạo Thời đại thời đại phát triển bùng nổ tri thức nhân loại, khoa học cơng nghệ, từ dẫn đến phát triển kinh tế tri thức, xã hội tri thức xu tồn cầu hóa lĩnh vực Sống thời đại đòi hỏi sáng tạo ngày cao người Năng lực sáng tạo yếu tố định hưng thịnh quốc gia, muốn cạnh tranh phát triển phải sáng tạo Trong dạy học vật lí, việc giải tập việc làm cần thiết học sinh, giúp cho học sinh củng cố lượng kiến thức lí thuyết mà tiếp thu, đồng thời giúp học sinh kiểm tra tính chân thực kiến thức, mặt khác có tác dụng phát triển rèn luyện khả tư sáng tạo học sinh, qua học sinh thấy mối liên hệ lí thuyết thực tiễn, giải thích tượng vật lí xảy giới tự nhiên xung quanh Trong khoảng 10 năm trở lại TRIZ – lí thuyết giải tốn sáng chế (THEORY OF INVENTIVE PROBLEM SOLVING) trung tâm sáng tạo khoa học kỹ thuật trường đại học khoa học tự nhiên – ĐH Quốc gia TPHCM sở Việt Nam giảng dạy, đào tạo nghiên cứu Việc nghiên cứu ứng dụng TRIZ vào dạy học, đặc biệt dạy học môn Vật lí góp phần khơng nhỏ vào việc nâng cao lực sáng tạo học sinh Từ lâu kiến thức quang học nhiều nhà khoa học nghiên cứu, vận dụng thực tế, lí thuyết quang học tương đối hồn chỉnh Trong chương trình Vật lí THPT lượng kiến thức quang học chưa nhiều địi hỏi học sinh phải có tầm hiểu biết rộng lĩnh vực để vận dụng thực tế Do cách có hiệu bồi dưỡng thêm lượng kiến thức quang học cho học sinh thông qua việc giải tập, tập sáng tạo dựa nguyên tắc TRIZ giúp em nắm vững kiến thức quang học Trên sở tơi chọn đề tài nghiên cứu “Xây dựng hệ thống tập sáng tạo dùng cho dạy học phần quang học lớp 11 Trung học phổ thông dựa số nguyên tắc sáng tạo TRIZ” Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần quang học vật lí 11 THPT dựa số nguyên tắc sáng tạo TRIZ đề xuất phương án sử dụng dạy học nhằm bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu : + TRIZ + Phương pháp dạy học vật lí trường THPT + Quá trình dạy học tập vật lí - Phạm vi nghiên cứu: Bài tập sáng tạo dùng cho dạy học phần “quang học”, vật lí 11 THPT Giả thuyết khoa học - Có thể vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần quang học vật lí 11 Trụng học phổ thơng đảm bảo u cầu tính khoa học, tính sư phạm, đáp ứng yêu cầu dạy học trường Trung học phổ thông nước ta - Việc sử dụng TRIZ hướng dẫn học sinh giải tập sáng tạo góp phần bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh, nâng cao chất lượng dạy học Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Tìm hiểu sở lí luận dạy học tập vật lí; 5.2 Tìm hiểu phương pháp luận sáng tạo TRIZ; 5.3 Tìm hiểu tập sáng tạo vật lí, mối quan hệ tập sáng tạo với TRIZ việc bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh; 5.4 Phân tích mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ theo định hướng nghiên cứu nội dung kiến thức phần quang học vật lí 11 THPT; 5.5 Tìm hiểu thực tế dạy học tập phần quang học trường THPT địa bàn huyện Hoằng Hố, Thanh Hố Thành Phố Thanh Hóa; 5.6 Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần “quang học” vật lí lớp 11 THPT; 5.7 Đề xuất phương án sử dụng hệ thống tập sáng tạo xây dựng để bồi dưỡng tư sáng tạo cho học sinh; 5.8 Thực nghiệm sư phạm Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu tài liệu mục tiêu dạy học vật lí tài liệu liên quan đến đề tài - Nghiên cứu tài liệu phương pháp luận sáng tạo, nguyên tắc TRIZ - Nghiên cứu chương trình SGK, sách tập, tài liệu tham khảo có liên quan để phân tích cấu trúc logic, nội dung kiến thức thuộc phần “quang học” 6.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Tìm hiểu thực tế dạy học tập phần quang học 11 thông qua dự giờ, hoạt động ngoại khố - Thăm dị ý kiến qua phiếu hai đối tượng giáo viên học sinh - Phân tích kết học tập ý kiến thu để tìm khó khăn, sai lầm thường mắc phải đề xuất phương án khắc phục Kết đóng góp đề tài - Xây dựng mơ hình vận dụng ngun tắc sáng tạo TRIZ vào dạy học nhằm bồi dưỡng, nâng cao lực sáng tạo cho học sinh - Xây dựng hệ thống 15 tập sáng tạo vật lí phần “quang học” 11 THPT - Đề xuất phương án sử dụng tập sáng tạo dạy học vật lí phần “quang học” lớp 11 THPT gồm: - Bài tập sáng tạo tiết học luyện tập giải tập vật lí - Bài tập sáng tạo tiết học thực hành thí nghiệm vật lí - Bài tập sáng tạo dạy học tự chọn - Nâng cao lực sáng tạo học sinh thơng qua việc tiếp cận với TRIZ, từ tạo hứng thú việc học tập mơn vật lí Cấu trúc luận văn * Mở đầu Chƣơng 1: Cơ sở lí luận xây dựng hệ thống tập sáng tạo vật lí trường phổ thơng theo phương pháp luận sáng tạo TRIZ (27 trang) Chƣơng 2: Xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần “quang học” vật lí 11 THPT đề xuất phương án dạy học dựa nguyên tắc TRIZ (39 trang) Chƣơng 3: Thực nghiệm sư phạm (9 trang) * Kết luận * Tài liệu tham khảo * Phụ lục PL6 Để quan sát thấy ảnh - Nhận xét: ảnh ảo, ngược trường hợp ngắm chừng chiều với vật vô khoảng cách kính phải bao nhiêu? Vẽ hình? Nhận xét ảnh? Bài tập (BTST 9): Để đo đạc số liệu vẽ đồ - Học sinh nêu cấu người ta dùng máy đo trắc tạo (phần quang học) địa (hình bên) để đo đạc, máy trắc địa lập số liệu Em thấy người cầm mia cầm ngược - Từ xây dựng Vậy máy đo trắc địa có phương án thiết kế cấu tạo mà lại để “đọc ngược”? Em ngược đưa phương án cải tiến máy để khơng phải “đọc ngược” không? - Đưa câu hỏi định hướng tư C1 Nguyên lý máy ngắm giống dụng cụ nào? C2 Ảnh vật qua dụng cụ có chiều so với vật? - Nêu cấu tạo máy trắc địa (bộ phận quang học) - Đưa phương án cải tiến máy * Ghép thêm thấu kính hội tụ phía sau thị kính máy cho ảnh qua thấu kính ảo đổi C3 Lý mia khơng phải đọc PL7 phải cầm ngược? chiều lại C4 Em cải tiến máy * Thay thị kính thấu để khơng phải kính phân kỳ đặt cầm mia ngược? cho ảnh qua thị kính ảo đổi chiều lại Hoạt động Giao tập nhà; tổng kết học Bài tập Từ em cho biết cần phải thay thấu kính L’ có tiêu cự để người nhìn thấy vật (đủ lớn) xa trường hợp ngắm chừng vô khoảng cách kính 14cm? BTST 12 Chiếu chùm sáng song song vào thấu kính theo phương song song với trục Phía sau thấu kính đặt vng góc với trục thấu kính, cách thấu kính đoạn L = 80cm Trên thu vết sáng trịn có đường kính gấp đơi đường kính mở thấu kính Hỏi thấu kính thấu kính gì? Có tiêu cự bao nhiêu? IV Rút kinh nghiệm PL8 PHỤ LỤC Giáo án kiểm tra GIÁO ÁN KIỂM TRA SAU THỰC NGHIỆM BÀI KIỂM TRA 45 PHÚT I Mục tiêu: - Đánh giá mức độ lĩnh hội kiến thức học sinh sau học lí thuyết làm tập - Đánh giá hiệu việc giải tập sáng tạo từ thấy tầm quan trọng việc dạy BTST cho học sinh II Yêu cầu: - Phù hợp với đối tượng học sinh Trung bình, khá, giỏi - Phát huy tính sáng tạo học sinh nhờ giải BTST III Nội dung: Đề Câu (2 điểm): Phát biểu nội dung viết biểu thức định luật khúc xạ ánh sáng Nêu điều kiện xảy phản xạ toàn phần? Câu (2 điểm): Vật sáng AB đặt vng góc với trục thấu kính hội tụ có độ tụ 2,5dp cách thấu kính 60cm a, Tính tiêu cự thấu kính? b, Xác định vị trí, tính chất ảnh vật qua thấu kính? Câu (3 điểm): Một lăng kính có chiết suất n = , tiết diện tam giác ABC đặt khơng khí Chiếu tia sáng đơn sắc vào mặt bên AB mặt phẳng tiết diện với góc tới 600 a Tính góc lệch tia tới tia ló? b Nếu tăng góc tới vài độ góc lệch thay đổi nào? Vì sao? Câu (3 điểm) Một vật sáng AB đặt song song cách khoảng L = 120cm Người ta đặt thấu kính hội tụ vật cho trục vng góc với vật, ảnh thu cao gấp lần vật Xác định vị trí đặt vật tiêu cự thấu kính PL9 Đáp án đề Lời giải Câu (ý) Điểm - Phát biểu ĐL khúc xạ ánh sáng 0.75 - Viết biểu thức ĐL 0.75 - Nêu đk xảy phản xạ toàn phần 0.5 2.a f = 1/D = 0,4m = 40cm 0.5 b Tính d’ = 120cm 0.5 Tính k = - 0.5 Kết luận: Ảnh thật, cách TK 120cm, ngược chiều, gấp vật 0.5 i = 600 => r = 300 => r’ = 300 => i’ = 600 => D = 600 0.5 Góc lệch đạt cực tiểu 0.5 b Do Dmin => i tăng => D tăng d + d’ = 120cm k = -3 => d’ = 3d => d = 30cm; d’ = 90cm => f = 22,5cm 1 a Kết quả: Học sinh làm tập sáng tạo trọn vẹn 73% Đề Câu (2 điểm): Viết cơng thức lăng kính? Trong trường hợp xảy góc lệch cực tiểu? Câu (2 điểm): Một thấu kính phân kỳ có tiêu cự f = - 40cm Một vật sáng AB cao 2cm đặt vuông góc với trục thấu kính, điểm A trục cách thấu kính 40cm Xác định ảnh A’B’ AB tạo thấu kính, vẽ hình? PL10 Câu (3 điểm): Thiết lập cơng thức tính độ bội giác kính hiển vi ngắm chừng cực viễn cho mắt cận thị Câu (3 điểm): Lăng kính có tiết diện thẳng tam gác ABC, góc chiết quang A = 750, góc B = 600, chiết suất n = 1,5 Chiếu vào mặt AB chùm sáng đơn sắc song song, hẹp theo hướng từ đáy lên với góc tới i a, Khảo sát đường chùm tia sáng góc tới i0 900 Cho sini0 = n.sin(A - igh) b, Với i = 300 Tính góc lệch chùm tia ló qua lăng kính Đáp án đề Lời giải Câu (ý) Điểm Viết công thức lăng kính 1.5 - Khi có Dmin => i = i’; r = r’ 0.5 d’ = -20cm < ảnh ảo 0.75 k = ½ => ảnh chiều ½ vật 0.75 Vẽ hình 0.5 Vẽ hình 0.5 tan   A2 B2 A2 B2  ; d2 ' OCV 0.5 tan   AB => D GV = k D OCV a Trường hợp i = i0, ta có: sini0 = n.sinr  sin r  sin(A – igh)  r = A - igh  r’ = igh sin i0  n 0.75 PL11  i’ = 90 Tia ló là mặt AC A J I i0 r i’ igh R S C B * Trường hợp i = 900, sini = n.sinr  sin r  sin i  = sinigh n n  r = igh  r’ = (A - igh); sini’ = n.sinr’ = n.sin(A - igh)  i’ 0.75 = i0 b, A = 750, B = 600, C = 450, i =300, n = 1,5 sini = n.sinr  r = 19028’  19030’; A = r + r’  r’ = 0.5 55030’ > igh; igh = 41048’ Tia sáng phản xạ toàn phần mặt AC J Vẽ đường tia sáng ló khỏi đáy BC lăng kính, dựa vào hình vẽ để tính góc: J = 900 – r’ = 34030’ r” = 1800 - J - C = 0.5 10030’ sini” = nsinr”  i” = 15050’ Góc lệch D = D1 + D2 - D3 = 0.5 74010’ A S I i 750 D1 r 600 B D J r’ D2 r” C K i” R D3 Kết quả: Học sinh làm tập sáng tạo 56% PL12 PHỤ LỤC Hình ảnh thực nghiệm Phụ lục 4a MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Hình 4P1 Giờ tập Hình 4P2 Giờ học tự chọn PL13 Hình 4P3 Học sinh làm kiểm tra Hình 4P4 Học sinh làm thực hành đo tiêu cự thấu kinh phân kỳ PL14 PL15 PL16 PL17 Phụ lục 4b BÀI KIỂM TRA CỦA HỌC SINH PL18 PL19 PL20 ... tập sáng tạo dựa nguyên tắc TRIZ giúp em nắm vững kiến thức quang học Trên sở tơi chọn đề tài nghiên cứu ? ?Xây dựng hệ thống tập sáng tạo dùng cho dạy học phần quang học lớp 11 Trung học phổ thông. .. phổ thông dựa số nguyên tắc sáng tạo TRIZ? ?? Mục đích nghiên cứu Xây dựng hệ thống tập sáng tạo phần quang học vật lí 11 THPT dựa số nguyên tắc sáng tạo TRIZ đề xuất phương án sử dụng dạy học nhằm... dụng tập sáng tạo dạy học vật lí phần ? ?quang học? ?? lớp 11 THPT gồm: - Bài tập sáng tạo tiết học luyện tập giải tập vật lí - Bài tập sáng tạo tiết học thực hành thí nghiệm vật lí - Bài tập sáng tạo