* 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. 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: U
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.
U
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.
U
c) Bài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm vật lý bao gồm bài tập thí nghiệm định tính và bài tập thí nghiệm định lượng. Bài tập thí nghiệm định tính yêu cầu thiết kế thí nghiệm theo mục đích cho trước, thiết kế một dụng cụ vật lý hay yêu cầu làm thí nghiệm theo chỉ dẫn và quan sát, giải thích hiện tượng xảy ra. Bài tập thí nghiệm định lượng gồm bài tập đo đạc các đại lượng vật lý tìm ra các mối liên hệ định lượng, các quy tắc, quy luật vật lý giữa các đại lượng.
U
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.
U
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.
U
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.
1.6.4. Sử dụng BTST vật lý để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh theo các nguyên tắc của TRIZ 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:
U
A. Hiểu cách đặt vấn đề của bài toán:U 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.
U
B. Lập kế hoạch giải:UCần 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?
Lựa chọn BTCS Giải BTCS dạng tổng quát Giả thiết Yêu cầu Hiện tượng vật lý 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
- 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?
U
C. Thực hiện kế hoạch giải:UBạn 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?
U
D. Tổng kếtU(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]