Luận văn Vận dụng triz xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý phần “từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 trung học phổ thông nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH ****************** NGUYỄN THỊ THU THẢO VẬN DỤNG TRIZ XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO DÙNG CHO DẠY HỌC VẬT LÝ PHẦN “TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” LỚP 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG NHẰM BỒI DƯỠNG TƯ DUY SÁNG TẠO CHO HỌC SINH Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học môn vật lý Mã số: 60 14 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. PHẠM THỊ PHÚ Thành phố Hồ Chí Minh – 2010 LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin chân thành cảm ơn : - Cô Phạm Thị Phú - PGS.TS Đại Học Vinh - người đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và động viên khuyến khích để tác giả hoàn thành luận văn thạc sĩ này. - Quý thầy cô trong tổ phương pháp giảng dạy, khoa vật lý, thư viện, phòng khoa học công nghệ sau đại học, trường Đại học Sư Phạm Thành Phố Hồ Chí Minh, thư viện khoa học tổng hợp đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả hoàn thành khóa học và luận văn thạc sĩ. - Ban giám hiệu và các thầy cô trong tổ vật lý các trường THPT Nguyễn Hữu Tiến, trường PTTH Nguyễn Hữu Cầu, trường THPT Nguyễn Huệ đã tạo điều kiện và góp ý chân thành cho tác giả trong khi làm luận văn này. Tác giả Nguyễn Thị Thu Thảo MỤC LỤC 2TLỜI CẢM ƠN2T .................................................................................................................................. 7 2TMỤC LỤC2T ....................................................................................................................................... 8 2TDANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT2T ............................................................................................. 10 2TMỞ ĐẦU2T ....................................................................................................................................... 11 2T1. Lý do chọn đề tài2T .................................................................................................................... 11 2T . Mục đích nghiên cứu2T .............................................................................................................. 12 2T3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu2T......................................................................................... 12 2T4. Phạm vi nghiên cứu2T ................................................................................................................ 12 2T5. Giả thuyết khoa học2T ................................................................................................................ 12 2T6. Nhiệm vụ nghiên cứu2T.............................................................................................................. 12 2T7. Phương pháp nghiên cứu2T ........................................................................................................ 13 2T8. Cấu trúc luận văn2T .................................................................................................................... 14 2TCHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT2T ........................................................................ 15 2T1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể của quá trình dạy và học vật lý ở trường THPT trong giai đoạn hiện nay2T ...................................................................................................................................... 15 2T1.1.1. Mục tiêu chung của giáo dục phổ thông2T ....................................................................... 15 2T1.1.2. Mục tiêu nhiệm vụ cụ thể và của hoạt động dạy học vật lý ở trường THPT. [14],[24]2T ... 15 2T1.2. Bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý2T ............................................... 17 2T1.2.1. Khái niệm tư duy2T .......................................................................................................... 17 2T1.2.2. Khái niệm sáng tạo [5]2T .................................................................................................. 19 2T1.2.3. Khái niệm tư duy sáng tạo [4]2T ....................................................................................... 19 2T1.2.4. Các biện pháp phát triển tư duy sáng tạo của học sinh2T ................................................... 20 2T1.3. Thực trạng thực hiện mục tiêu bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy môn vật lý ở trường THPT hiện nay2T ................................................................................................................ 22 2T1.4. Ý tưởng góp phần nâng cao hiệu quả thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở trường THPT giai đoạn hiện nay2T ............................................................................................................................. 23 2T1.5. Phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật2T ...................................................................... 24 2T1.5.1. Vài nét về lịch sử của TRIZ [4], [11]2T ............................................................................ 24 2T1.5.2. Đối tượng, mục đích, lợi ích của phương pháp luận sáng tạo2T ........................................ 24 2T1.5.3. Tổng quan cách tiếp cận xây dựng phương pháp luận sáng tạo - TRIZ [4]2T ................... 25 2T1.5.4. Nội dung cơ bản của TRIZ2T ............................................................................................ 27 2T1.6. 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. 2T ............................................................................................. 33 2T1.6.1. Bài tập sáng tạo về vật lý ở trường phổ thông2T .............................................................. 33 2T1.6.2. Mối quan hệ giữa TRIZ và BTST ở môn vật lý2T ............................................................. 34 2T1.6.3. Phương pháp xây dựng BTST về vật lý dựa vào các nguyên tắc của TRIZ2T .................... 35 2T1.6.4. Sử dụng BTST vật lý để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh theo các nguyên tắc của TRIZ2T....................................................................................................................................... 36 2TCHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP SÁNG TẠO PHẦN “TỪ TRƯỜNG VÀ CẢM ỨNG ĐIỆN TỪ” LỚP 112T ..................................................................................................... 41 2T .1. Mục tiêu dạy học phần “Từ trường và cảm ứng điện từ”2T ...................................................... 41 2T .2. Tóm tắt nội dung cơ bản phần “từ trường và cảm ứng điện từ”2T ............................................ 41 2T .3. Tìm hiểu thực trạng dạy và học bài tập phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” ở một số trường THPT TP Hồ Chí Minh2T .................................................................................................. 43 2T .3.1. Thực trạng xuất bản2T ...................................................................................................... 43 2T .3.2. Nhận thức của GV về BTST2T ......................................................................................... 44 2T .3.3. Sử dụng BTST vào dạy học vật lý2T ................................................................................. 44 2T .4. Vận dụng TRIZ xây dựng bài tập sáng tạo phần “từ trường và cảm ứng điện từ” 2T ................. 45 2T .5.2. BTST trong tiết học luyện tập giải bài tập vật lý2T ........................................................... 69 2T .5.3. BTST trong tiết học ôn tập tổng kết hệ thống hóa kiến thức2T .......................................... 72 2T .5.4. BTST trong tiết học thực hành thí nghiệm vật lý2T ........................................................... 75 2T .5.5. BTST trong hoạt động ngoại khóa2T ................................................................................ 75 2T .5.6. BTST trong kiểm tra, thi tuyển HS giỏi2T ......................................................................... 76 2TCHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM2T .................................................................................... 78 2T3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm2T ........................................................................................... 78 2T3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm2T ......................................................................................... 78 2T3.3. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm2T ......................................................................................... 79 2T3.4. Nội dung thực nghiệm sư phạm2T ........................................................................................... 79 2T3.4.1. Công tác chuẩn bị2T ......................................................................................................... 79 2T3.4.2. Tiến hành thực nghiệm2T ................................................................................................. 79 2T3.5. Kết quả thực nghiệm2T ............................................................................................................ 80 2T3.5.1. Tiêu chí đánh giá2T .......................................................................................................... 80 2T3.5.2. Đánh giá kết quả2T ........................................................................................................... 80 2TKẾT LUẬN2T .................................................................................................................................... 86 2TPHỤ LỤC2T ...................................................................................................................................... 88 2TPHỤ LỤC 12T ................................................................................................................................ 88 2TPHỤ LỤC 22T ................................................................................................................................ 97 2TPHỤ LỤC 32T .............................................................................................................................. 102 2TPHỤ LỤC 42T .............................................................................................................................. 106 2T ÀI LIỆU THAM KHẢO2T ............................................................................................................ 128 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT BT: Bài tập BTVL: Bài tập vật lý BTLT: Bài tập luyện tập BTST: Bài tập sáng tạo GV: Giáo viên HS: Học sinh PPLST: Phương pháp luận sáng tạo SGK: Sách giáo khoa SGKVL11CB: Sách giáo khoa vật lý 11 cơ bản SGKVL11NC: Sách giáo khoa vất lý 11 nâng cao SBTVL11CB: Sách bài tập vật lý 11 cơ bản SBTVL11NC: Sách bài tập vật lý 11 nâng cao THPT: Trung học phổ thông MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xã hội loài người đã và đang trải qua 4 thời kỳ văn minh : nông nghiệp, công nghiệp, thông tin và sáng tạo. Bước vào thế kỉ 21, một trong những yếu tố quan trọng để thành công về kinh tế và dần trở thành yếu tố duy nhất chính là nguồn nhân lực năng động, sáng tạo, có khả năng độc lập giải quyết vần đề và ra quyết định. Nhiệm vụ đào tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng yêu cầu thời đại đặt trọng trách lên vai ngành giáo dục và đào tạo. Để thực hiện nhiệm vụ ấy, ở các trường học, ngoài việc trang bị kiến thức, kỹ năng và phương pháp chuyên môn, việc rèn luyện tư duy sáng tạo (quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định) ngày càng trở nên cấp thiết và quan trọng. Trước đây sáng tạo được xem như một yếu tố thần bí, bẩm sinh, thiên phú thì hiện nay khoa học về sáng tạo đã đúc kết nhiều thành tựu giúp mỗi người bình thường đưa ra và thực hiện ý tưởng mới, có ích. Trên thế giới có nhiều trường đại học và các công ty dạy và học tư duy sáng tạo như một môn học riêng với mục đích đào tạo ra những người biết sáng tạo một cách hiệu quả. Ở các trường học nước ta, phương pháp luận sáng tạo chưa được chú ý đúng mức trong quá trình giáo dục và đào tạo. Việc rèn luyện tư duy sáng tạo cho học sinh không được quan tâm chú ý nhiều và được thực hiện gián tiếp thông qua việc học các môn học. Ở môn vật lý, một trong những hoạt động giúp rèn luyện tư duy và phát triển năng lực sáng tạo cho học sinh là hoạt động giải bài tập. Tuy nhiên phương pháp suy nghĩ chủ yếu vẫn là phương pháp thử và sai, thiếu định hướng, thiếu phương pháp khoa học gây ra sự lãng phí lớn và kém hiệu quả. Hơn nữa hệ thống bài tập vật lý trong chương trình hầu hết là những bài toán đã được phát biểu đúng, với những dữ kiện cho sẵn đủ gợi ý cho học sinh sử dụng một vài công thức hay định luật nào đó. Các bài tập như thế chỉ mang tính luyện tập giúp học sinh tái hiện các kiến thức và phương pháp đã biết, không phải là bài tập thực tế trong cuộc sống đa dạng mà các em có thể gặp. Do đó việc giải bài tập như thế chưa rèn luyện và khơi gợi được tư duy sáng tạo cho học sinh, chưa làm học sinh hứng thú trong học tập và thấy được ích lợi của việc học vật lý trong đời sống. Đa số học sinh và kể cả sinh viên ra trường lúng túng khi gặp các vấn đề thực trong cuộc sống, không biết cách suy nghĩ, áp dụng kiến thức nào, áp dụng như thế nào để giải quyết, không liên kết được kiến thức đã học vào thực tế công việc và cuộc sống. Để có kết quả, việc rèn luyện tư duy sáng tạo phải được thực hiện một cách thường xuyên ngay khi học sinh còn ngồi trên ghế nhà trường. Học sinh phải được rèn luyện phương pháp suy nghĩ khoa học và hiệu quả để giải quyết vấn đề. Phương pháp luận sáng tạo với hạt nhân là “lý thuyết giải bài toán sáng chế” (theory of inventive problem solving, viết tắt từ tiếng nga chuyển sang kí tự lating là TRIZ) do Genrikh Saulovich Altshuller (người Nga) sáng lập cung cấp cho quá trình tư duy một công cụ hữu hiệu giúp định hướng suy nghĩ có hiệu quả cao. Đó chính là chìa khoá mở ra cho người học cánh cửa dẫn đến việc điều khiển quá trình suy nghĩ có định hướng và khoa học dẫn đến sự sáng tạo. Bên cạnh việc dạy TRIZ như một môn học riêng, ta hoàn toàn có thể áp dụng TRIZ vào quá trình dạy các môn học khác, chẳng hạn như vật lý để từng bước giúp định hướng và điều khiển tư duy người học. Vì thế trong dạy học vật lý, việc áp dụng TRIZ để xây dựng hệ thống các bài tập sáng tạo (BTST) nhằm rèn luyện cho học sinh cách suy nghĩ giải quyết vấn đề theo các thủ thuật, quy luật của TRIZ giúp học sinh phát triển tư duy sáng tạo, gắn kết được kiến thức được học vào các bài toán thực tế của cuộc sống. Trong phạm vi đề tài luận văn Thạc sỹ, tôi xin đề cập đến việc vận dụng các nguyên tắc (thủ thuật) và quy luật của TRIZ để xây dựng hệ thống các BTST tạo phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” và đề xuất các phương án sử dụng BTST đã xây dựng nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh. Do đó tôi chọn đề tài : “Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT, nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh.” 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” Vật lý 11 và đề xuất phương án sử dụng trong dạy học. 3. Khách thể và đối tượng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 11 THPT; - Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy và học bài tập Vật lý; 4. Phạm vi nghiên cứu - Bài tập sáng tạo dùng cho phần “ Từ trường và cảm ứng điện từ ” lớp 11 THPT. 5. Giả thuyết khoa học - Có thể vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” đảm bảo yêu cầu về tính khoa học, sư phạm, khả thi trong điều kiện hiện nay của trường THPT nước ta. - Việc sử dụng TRIZ hướng dẫn HS giải BTST trong các bài học vật lý truyền thống sẽ góp phần bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, nâng cao chất lượng dạy học. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu 6.1. Tìm hiểu phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật (TRIZ). 6.2. Tìm hiểu khái niệm bài tập sáng tạo về vật lý, mối quan hệ giữa BTST và TRIZ với việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS trong dạy học. 6.3. Phân tích mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức kỹ năng và nghiên cứu nội dung kiến thức chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT. 6.4. Tìm hiểu thực tế dạy và học bài tập chương “Từ trường” và “Cảm ứng điện từ” ở một số trường THPT TP HCM. 6.5. Vận dụng TRIZ xây dựng hệ thống các BTST môn Vật lý phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT. 6.6. Đề xuất các phương án sử dụng hệ thống BTST đã xây dựng để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh. 6.7. Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp, tính khả thi và tính hiệu quả của dạy và học hệ thống BTST phần “Từ trường và cảm ứng điện từ”. 7. Phương pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu tài liệu về mục tiêu dạy học vật lý trong giai đoạn hiện nay, việc rèn luyện tư duy, năng lực sáng tạo cho học sinh. - Nghiên cứu các tài liệu về phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật (TRIZ). - Nghiên cứu chương trình, sách giáo khoa, sách giáo viên, sách bài tập (định tính và định lượng). 7.2. Phương pháp điều tra - Dự giờ, phiếu điều tra. 7.3. Phương pháp thực nghiệm - Thực nghiệm Vật lý - Thực nghiệm sư phạm 7.4. Đóng góp mới của đề tài + Về lý luận - Đề tài nghiên cứu lý thuyết về phương pháp luận sáng tạo nhằm áp dụng vào việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh. - Nghiên cứu mô hình vận dụng một số nguyên tắc của TRIZ để xây dựng BTST về vật lý dùng bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, trong đó sử dụng các nguyên tắc: nguyên tắc phân nhỏ, kết hợp, đảo ngược, thay thế sơ đồ cơ học, linh động, vạn năng, chuyển sang chiều khác, sử dụng trung gian. - Nghiên cứu mô hình vận dụng một số nguyên tắc của TRIZ để đặt câu hỏi định hướng tư duy cho học sinh trong việc giải bài tập nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, trong đó sử dụng các nguyên tắc: nguyên tắc phân nhỏ, kết hợp, đảo ngược, thay thế sơ đồ cơ học, phẩm chất cục bộ, liên tục tác động có ích, giải thiếu hay thừa, chuyển sang chiều khác, linh động, vạn năng, dự phòng, sử dụng trung gian, phản trọng lượng. + Về thực tiễn - Xây dựng hệ thống 20 BTST về vật lý phần “từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11 THPT. - Đề xuất 6 phương án sử dụng BTST trong dạy học vật lý phần “ Từ trường và cảm ứng điện từ” để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh. - Giúp học sinh gắn kết kiến thức đã học với việc giải quyết các bài toán thực tế, hứng thú trong học tập vật lý. - Giúp học sinh được tiếp cận với phương pháp luận sáng tạo (TRIZ) để nâng cao hiệu quả tư duy sáng tạo. 8. Cấu trúc luận văn - Mở đầu (5 trang) - Nội dung: 3 chương. Chương 1. Cơ sở lý luận xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học vật lý ở trường THPT theo phương pháp luận sáng tạo (TRIZ). (34 trang) Chương 2. Xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo phần “Từ trường và cảm ứng điện từ” lớp 11. (47 trang) Chương 3. Thực nghiệm sư phạm. (11 trang) - Kết luận. (2 trang) - Tài liệu tham khảo. - Phụ lục. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ Ở TRƯỜNG THPT 1.1. Mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể của quá trình dạy và học vật lý ở trường THPT trong giai đoạn hiện nay 1.1.1. Mục tiêu chung của giáo dục phổ thông Hội nghị Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam lần 2, khoá VIII đã chỉ rõ mục tiêu giáo dục trong giai đoạn mới là: “Nhiệm vụ và mục tiêu cơ bản của giáo dục nhằm xây dựng những con người gắn bó với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội, có đạo đức trong sáng, ý chí kiên cường xây dựng và bảo vệ Tổ quốc, tham gia tích cực vào sự nghiệp công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, giữ gìn phát huy các giá trị văn hoá dân tộc, có năng lực tiếp thu văn hoá nhân loại, phát huy tiềm năng của dân tộc và con người Việt Nam, có ý thức cộng đồng và phát huy tính tích cực của cá nhân, làm chủ tri thức và khoa học và công nghệ hiện đại, có tư duy sáng tạo, có kỹ năng thực