8. Cấu trúc luận văn
2.1.2. Quan niệm về STKH-KT theo lí thuyết TRIZ
Hiện nay trên thế giới có khá nhiều phương pháp, phương pháp luận được
xây dựng dựa trên những cách tiếp cận khác nhau. Một cách gần đúng, có thể chia
các cách tiếp cận này thành bốn loại :
Cách 1. Cách tiếp cận thuần túy tâm lí. Ví dụ như phương pháp não công cổ điển.
Cách 2. Cách tiếp cận kết hợp tâm lí với một số kinh nghiệm mang tính khái
quát của những người có thành tích sáng tạo tốt.
Cách 3. Cách tiếp cận nhằm bao quát tất cả các phép thử có thể có để từ đó
có thể tìm ra tất cả các lời giải có thể có.
Cách 4. Cách tiếp cận dựa trên các quy luật phát triển hệ thống nhằm xây
dựng cơ chế định hướng trong tư duy sáng tạo (nhằm khắc phục nhược điểm cơ bản
nhất của phương pháp thử và sai).
Nổi bật nhất đó là Lí thuyết giải các bài toán sáng chế [14]được viết bằng
tiếng Nga và chuyển sang ký tự latinh là Teoriya Resheniya Izobretatelskikh Zadatch, viết tắt là TRIZ. Tác giả của TRIZ là ông Genrikh Saulovich Altshuller (1926 -1998), nhà sáng chế, đồng thời là nhà văn viết truyện khoa học viễn tưởng người Nga. TRIZ là phương pháp luận tìm kiếm những giải pháp kĩ thuật mới, cho
những kết quả khả quan, ổn định khi giải những bài toán khác nhau, thích hợp cho
việc dạy và học với đông đảo quần chúng.
TRIZ được xây dựng như là một khoa học chính xác, có lĩnh vực nghiên cứu riêng, các phương pháp riêng, ngôn ngữ riêng, các công cụ riêng. Hạt nhân của
TRIZ là Algorit giải các bài toán sáng chế (viết tắt theo chuyển tự từ tiếng Nga là ARIZ).
ARIZ là một chương trình các hành động tư duy có định hướng, được kế
hoạch hóa. Nó có mục đích tổ chức hợp lí và làm tích cực hóa tư duy sáng tạo, bước đầu tạo cơ sở cho lí thuyết chung về tư duy định hướng. ARIZ có tính logic và linh
động. Về mặt logic, ARIZ có tác dụng phân nhỏ bài toán sáng chế thành từng phần,
nhất mặt mạnh của từng người như kiến thức, kinh nghiệm, trí tưởng tượng, linh
tính ... và hạn chế mặt yếu như tính ì tâm lí, sự phân tán trong suy nghĩ. Lợi ích của
ARIZ nói chung là nâng cao hiệu suất tư duy sáng tạo giải quyết vấn đề.
Ý nghĩa của TRIZ là ở chỗ xây dựng tư duy định hướng nhằm đi đến lời giải
bằng con đường ngắn nhất dựa trên các quy luật phát triển các hệ kĩ thuật và sử
dụng chương trình tuần tự các bước, có kết hợp một cách hợp lí bốn yếu tố : tâm lí,
logic, kiến thức và trí tưởng tượng.
Bài toán (problem) là một tình huống người giải biết mục đích cần đạt nhưng
không biết cách đạt đến mục đích hoặc không biết cách tối ưu đạt đến mục đích
trong một số cách đã biết. TRIZ phân biệt hai loại bài toán :
Loại thứ nhất : Bài toán giáo khoa (còn gọi là bài tập) được phát biểu rõ ràng, gồm hai phần giả thiết và kết luận. Phần giả thiết trình bày các yếu tố cho trước đủ để giải bài tập, phần kết luận chỉ ra đúng mục đích cần đạt. Các bài tập này thường
gặp trong sách giáo khoa, sách bài tập và sử dụng phổ biến trong dạy học, nội dung
mang tính sách vở, xa rời thực tế.
Loại thứ hai : Bài toán sáng tạo (hay còn gọi là tình huống vấn đề xuất phát).
Người giải phải tự phát biểu bài toán, phần giả thiết có thể thiếu hoặc thừa hoặc vừa
thừa vừa thiếu, phần kết luận nêu mục đích chung chung không rõ ràng, không chỉ
ra cụ thể phải tìm được cái gì. Trong quá trình giải toán, người giải phải trải qua giai đoạn biến tình huống vấn đề xuất phát thành bài toán giáo khoa qua các bước sau :
- Phát hiện các tình huống vấn đề xuất phát có thể;
- Lựa chọn tình huống vấn đề xuất phát ưu tiên để giải quyết;
- Phát hiện và phát biểu phổ các bài toán cụ thể có thể có của tình huống vấn đề xuất phát ưu tiên;
- Phân tích, đánh giá và lựa chọn các bài tập giáo khoa cần giải.
Bài toán sáng tạo (vấn đề) có thể có phạm vi rộng hẹp khác nhau như cá
nhân, tập thể, quốc gia, toàn cầu hay thậm chí cả vũ trụ, có thể nảy sinh trong bất kì lĩnh vực nào, bất cứ thời điểm nào với bất kì ai. Các bài toán có mức độ khó khác nhau, tương ứng với mức sáng tạo khác nhau.
Để giải các bài toán sáng tạo, tạo ra các sản phẩm vật chất mới (có tính toàn cầu), TRIZ đã nêu ra 40 thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo.
Loại bài toán thứ hai này có tác dụng to lớn trong việc bồi dưỡng tư duy linh
hoạt sáng tạo và đầu óc thực tiễn, có thể vận dụng trong dạy học. Tính mới, tính
sáng tạo trong dạy học có tính tương đối, cục bộ (mới đối với học sinh); trong môn vật lí có nhiều khả năng sử dụng các thủ thuật (nguyên tắc) của TRIZ để xây dựng
và giải các bài tập sáng tạo bởi vì các quy luật của vật lí học là cơ sở của hầu hết các
thiết bị kỹ thuật – sản phẩm của các bài toán sáng chế của nhân loại.
2.1.3. Đề xuất các nguyên tắc xây dựng BTST chương "Cơ học" Vật lí 8 THCS
Trên cơ sở phân tích những nội dung cốt lõi của khái niệm "BTST" như trên,
dựa trên sự phân tích nội dung chương trình cũng như hệ thống các bài tập trong chương "Cơ học" Vật lí 8 THCS chúng tôi đề xuất các nguyên tắc xây dựng BTST cho chương "Cơ học" vật lí 8 THCS gồm các nguyên tắc sau đây :
Nguyên tắc 1. Nguyên tắc kết hợp
Kết hợp các đối tượng (có thể là các bộ phận, dụng cụ, nhu cầu,...) hay kết
hợp về mặt thời gian các hoạt động nhằm mang lại tính năng vượt trội cho sản phẩm
hay giải pháp đó. Nguyên tắc này được vận dụng rất phổ biến trong lĩnh vực của
cuộc sống. Trong thực tế, các quá trình, sự kiện, yếu tố thường đan xen và có những
mối quan hệ hữu cơ với nhau, do đó luôn luôn tồn tại khả năng kết hợp các yếu tố,
sự kiện, quá trình này nhằm nâng cao hiệu quả cảu giải pháp.
Trong dạy học, nguyên tắc kết hợp được vận dụng ở chỗ kết hợp nhiều yếu
tố, dữ kiện, lời giải, nhiều bài toán thành bài toán mới.
Nguyên tắc 2. Nguyên tắc phân nhỏ (còn gọi là NT phân chia)
- Chia đối tượng thành các phần độc lập
- Làm đối tượng trở nên tháo lắp được
- Tăng mức độ phân nhỏ của đối tượng
NT phân nhỏ được áp dụng khá rộng rãi và linh hoạt trong cuộc sống. Sự thay đổi về lượng sẽ dẫn tới sự thay đổi về chất, do đó sự phân nhỏ có thể mang lại cho đối tượng những tính chất mới, đôi khi khác hẳn tính chất cũ. Do đó, trước một
vấn đề lớn cần cố gắng tách thành các vấn đề nhỏ cần giải quyết, khi đó vấn đề trở nên đơn giản hơn.
Sử dụng vào dạy học: Giải quyết một bài toán khó, một vấn đề phức tạp nên tách thành nhiều bài toán nhỏ hơn, vấn đề đơn giản hơn để giải quyết chắc chắn sẽ đơn giản hơn.
Nguyên tắc 3. Nguyên tắc sử dụng trung gian
Nội dung: Sử dụng tất cả các yếu tố trung gian
Người ta luôn có khuynh hướng loại bỏ các yếu tố trung gian vì trung gian
thường gây nhiều phiền phức, tốn kém. Tuy nhiên, trong một số trường hợp trung
gian là sự đòi hỏi khách quan nhằm mang lại những tính chất, hiệu ứng mới, lợi ích cao hơn.
Trong dạy học bài tập, nếu bài toán không thể giải quyết bằng cách áp dụng
trực tiếp các công thức, định luật đã có để giải thì có thể giải thông qua một bài toán trung gian hoặc đặt ẩn số trung gian sẽ làm cho bài toán trở nên dễ hơn.
Nguyên tắc 4. Nguyên tắc đảo ngược
- Thay vì thực hiện theo cách thông thường thì thực hiện theo cách ngược lại;
- Chuyển phẩn chuyển động của đối tượng thành đứng yên và ngược lại;
- Lật ngược đối tượng.
Nguyên tắc này là công cụ rất tốt để khắc phục tính ì tâm lí, tăng tính bao
quát và toàn diện trong suy nghĩ của người sử dụng.
Sử dụng vào dạy học: Từ một bài tập luyện tập thay đổi giả thiết thành kết
luận và ngược lại hoặc chuyển đối tượng từ trạng thái đứng yên thành chuyển động và ngược lại.
Nguyên tắc 5. Nguyên tắc linh động
- Cần thay đổi các đặc trưng, chức năng, cấu trúc, hình dạng, cách thức hoath động của các yếu tố các mối liên hệ, . . . miễn sao hệ thống hoạt động tối ưu trong tưng giai đoạn.
- Phân chia đối tượng thành từng phần có khả năng dịch chuyển đối với
nhau.
- Thay đổi không gian, tư thế và điều kiện hoạt động của đối tượng.
Nguyên tắc linh động đòi hỏi hệ thống cho trước chuyển từ không thay đổi
trong suốt quá trình hoạt động sang thay đổi để phù hợp tốt nhất với từng giai đoạn
khác nhau của quá trình đó. Nguyên tắc linh động là nguyên tắc sử dụng phổ biến
trong việc xây dựng và hướng dẫn HS giải BTST. Sử dụng NTST này, con người sẽ
linh hoạt hơn trong cách nhìn nhận và giải quyết vấn đề.
Cùng với các nguyên tắc trên trong khi biên soạn các BTST chúng tôi còn
đặc biệt chú ý đến các vấn đề sau :
- Các bài tập trong SGK và tài liệu tham khảo về cơ bản là các bài tập để học
sinh áp dụng các kiến thức lí thuyết, các định luật, các biểu thức, ... vào những trường hợp cụ thể, gồm cả các bài tập định tính và định lượng. Theo nhận xét của chúng tôi trong SGK chưa có những loại bài tập sáng tạo.
- Như đã phân tích ở chương 1, " sáng tạo " có đặc trưng là sản phẩm của nó
phải có tính cách tân mới mẻ. Tuy nhiên, " cái mới " là mới đối với học sinh, mới cả
về kiến thức cụ thể và phương pháp để thu nhận được kiến thức đó. Những điều "
mới mẻ " mà học sinh tạo ra được qua một bài toán cụ thể bao giờ cũng phải dựa
vào những kiến thức đã có, đã học. Điều này đặc biệt cần quan tâm nếu không
chúng ta sẽ phạm sai lầm, không tạo ra được " vùng phát triển gần nhất ".
- Các bài tập sáng tạo không nhất thiết phải là các bài tập khó.
Trong luận văn này, các BTST được biên soạn theo hướng :
+ Khai thác vào các khía cạnh mà SGK không đề cập đến – nghĩa là không có sẵn "mẫu", không thể bắt trước làm theo mà cần phải có "trực giác" và có những "đột biến" trong tư duy.
+ Trong chu trình sáng tạo khoa học của Radumovxki về cơ bản ở mọi giai đoạn đều có hoạt động sáng tạo nhưng chúng tôi đặc biệt chú ý đến ba giai đoạn :
Đưa ra dự đoán (giả thuyết); từ giả thuyết rút ra hệ quả có thể kiểm chứng được. đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra hệ quả.
Vì vậy, các bài tập sáng tạo cũng cần thiết kế sao cho phù hợp với chu trình
đó.
2.1.4. Đề xuất các tiêu chí của biểu hiện năng lực sáng tạo
Để đánh giá năng lực sáng tạo của HS sau khi học BTST về vật lí, chúng tôi
cần đưa ra các tiêu chí đánh giá. Các tiêu chí được xây dựng dựa trên chu trình sáng tạo khoa học của Radưmovxki (chương 1 luận văn) và dựa vào sự tương đồng giữa tư duy sáng tạo của nhà khoa học và tư duy sáng tạo của HS. Từ đó chúng tôi có thể
nêu ra các tiêu chí sau :
1- Ý tưởng xuất hiện độc đáo, mang tính bất ngờ, lóe sáng.
2- Phát hiện được vấn đề mới và đưa ra được dự đoán có căn cứ.
3- Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề.
4- Thực hiện thành công theo giải pháp đã lựa chọn.
5- Phát hiện vấn đề mới trong điều kiện quen biết, khả năng nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết. Biết đặt câu hỏi cho mình và cho người khác về
bản chất của sự kiện, tình huống, điều kiện.
6- Khả năng nhìn thấy cấu trúc của đối tượng nghiên cứu thực chất là khả năng bao quát nhanh chóng, nhiều khi là ngay lập tức các bộ phận, các yếu tố của các đối tượng trong mối quan hệ giữa chúng với nhau.
7- Khả năng đề xuất các giải pháp khác nhau khi xử lí một tình huống ( huy động các kiến thức cần thiết để đưa ra giả thuyết, dự đoán khác nhau khi lí giải cùng một hiện tượng.
8- Khả năng đề xuất các phương án thí nghiệm hoặc thiết kế các sơ đồ thí
nghiệm để kiểm tra giả thuyết hay hệ quả.
9- Khả năng nhìn nhận một vấn đề dưới những góc độ khác nhau, xem xét đối tượng ở những khía cạnh khác nhau, đôi khi mâu thuẫn.
10- Khả năng chuyển tải tri thức và kĩ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học vào điều kiện, hoàn cảnh mới.
11- Biết phân tích, đánh giá giải pháp đã lựa chọn cũng như sản phẩm; mong
muốn hoàn thiện chúng.
2.2. Xây dựng các BTST trong dạy học chương "Cơ học " Vật lí 8 THCS
2.2.1. Các mục tiêu trong dạy học chương "Cơ học " Vật lí 8 THCS
2.2.1.1. Chuẩn kiến thức kĩ năng của chương
CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT 1. Chuyển động cơ a) Chuyển động cơ. Các dạng Chuyển động cơ b)Tính tương đối của chuyển động cơ c) Tốc độ Kiến thức
- Nêu được dấu hiệu để nhận biết chuyển động cơ. Nêu được ví dụ về chuyển động cơ.
- Nêu được ví dụ về tính tương đối của chuyển động cơ.
- Nêu được ý nghĩa của tốc độ là đặc trưng cho sự nhanh,
chậm của chuyển động và nêu được đơn vị đo tốc độ.
- Nêu được tốc độ trung bình là gì và cách xác định tốc độ trung bình. - Phân biệt được chuyển động đều, chuyển động
không đều dựa vào khái niệm tốc độ.
Kĩ năng
- Vận dụng được công thức : v =s t
- Xác định được tốc độ trung bình bằng thí nghiệm.
CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT 2. Lực cơ a) Lực. Biểu diễn lực b) Quán tính của vật c) Lực ma sát Kiến thức
- Nêu được ví dụ về tác dụng của lực làm thay đổi tốc độ và hướng
chuyển động của vật.
- Nêu được lực là đại lượng vectơ.
- Nêu được ví dụ về tác dụng của hai lực cân bằng lên một vật
chuyển động.
- Nêu được quán tính của một vật là gì.
- Nêu được ví dụ về lực ma sát nghỉ, trượt, lăn.
Kĩ năng
- Biểu diễn được lực bằng vectơ.
- Giải thích được một số hiện tượng thường gặp liên quan tới quán
tính.
- Đề ra được cách làm tăng ma sát có lợi và giảm ma sát có hại trong
một số trường hợp cụ thể của đời sống, kĩ thuật.
3. Áp suất a) Khái niệm áp suất b) Áp suất của chất lỏng. Máy nén thuỷ lực c) Áp suất khí quyển Kiến thức
- Nêu được áp lực, áp suất và đơn vị đo áp suất là gì.
- Mô tả được hiện tượng chứng tỏ sự tồn tại của áp suất chất lỏng, áp
suất khí quyển.
- Nêu được áp suất có cùng trị số tại các điểm ở cùng một độ cao
trong lòng một chất lỏng
- Nêu được các mặt thoáng trong bình thông nhau chứa một loại chất
lỏng đứng yên thì ở cùng một độ cao.
- Mô tả được cấu tạo của máy nén thuỷ lực và nêu được nguyên tắc
hoạt động của máy này là truyền nguyên vẹn độ tăng áp suất tới mọi nơi trong chất lỏng.
- Mô tả được hiện tượng về sự tồn tại của lực đẩy Ác-si-mét . - Nêu được điều kiện nổi của vật.