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

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 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 hành giỏi, có tác phong công nghiệp, có tính tổ chức kỷ luật, có sức khoẻ, là những người thừa kế xây dựng chủ nghĩa xã hội vừa hồng vừa chuyên…”.[11] Dựa vào mục tiêu chung này mà nhà trường THPT đã xây dựng các mục tiêu và nhiệm vụ cụ thể trong các hoạt động dạy học và giáo dục của nhà trường. Mục tiêu của hoạt động dạy học Vật lý trong trường THPT cũng không nằm ngoài mục tiêu chung đã được xác định, dựa vào mục tiêu chung này mà mục tiêu cụ thể của việc dạy học Vật lý được đề ra. 1.1.2. Mục tiêu nhiệm vụ cụ thể và của hoạt động dạy học vật lý ở trường THPT. [14],[24] Mục tiêu kiến thức + Cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức vật lý cơ bản, khoa học, hiện đại bao gồm: - Các khái niệm về các sự vật, hiện tượng và quá trình vật lý thường gặp trong đời sống, kỹ thuật. - Các đại lượng, định luật và các nguyên lý vật lý cơ bản. - Những nội dung chính của một số thuyết vật lý quan trọng nhất. - Những ứng dụng phổ biến của vật lý trong đời sống, kỹ thuật. - Các phương pháp chung của nhận thức khoa học và những phương pháp đặc thù của vật lý. Mục tiêu kỹ năng - Biết quan sát các hiện tượng và quá trình vật lý trong tự nhiên, trong đời sống hằng ngày và trong các thí nghiệm, biết điều tra, sưu tầm, thu thập thông tin cần thiết cho việc học môn vật lý. - Sử dụng các dụng cụ đo phổ biến trong vật lý, có kỹ năng lắp ráp và tiến hành các thí nghiệm vật lý đơn giản. - Biết phân tích, tổng hợp và xử lý các thông tin thu được để rút ra kết luận, đề ra dự đoán về các mối quan hệ, bản chất của các hện tượng vật lý, đề xuất các phương án thí nghiệm để kiểm tra dự đoán. - Vận dụng kiến thức để mô tả và giải thích các hiện tượng, quá trình vật lý, giải các bài tập vật lý và giải quyết các vấn đề đơn giản trong đời sống và sản xuất ở mức độ phổ thông. - Sử dụng các thuật ngữ vật lý, đồ thị để trình bày rõ ràng và chính xác những hiểu biết cũng như những kết quả thu được qua thu thập và xử lý thông tin. - Rèn luyện tư duy, phát triển năng lực sáng tạo và khả năng tự học, khả năng hoạt động độc lập của học sinh. Mục tiêu thái độ + Giáo dục đạo đức cho học sinh và kĩ thuật tổng hợp cho học sinh, bao gồm : - Có hứng thú học vật lý, yêu thích, tìm tòi khoa học, trân trọng những đóng góp của vật lý học trong sự tiến bộ của xã hội và công lao của các nhà khoa học. - Có thái độ khách quan, trung thực, tác phong tỉ mỉ, chính xác, cẩn thận, có tinh thần hợp tác trong việc học môn vật lý, áp dụng các hiểu biết đạt được. - Có ý thức vận dụng các hiểu biết của vật lý vào đời sống kĩ thuật nhằm cải thiện điều kiện sống và học tập, bảo vệ môi trường sống tự nhiên. Nhiệm vụ cụ thể Từ những mục tiêu cụ thể đã đề ra, các nhiệm vụ cụ thể của hoạt động dạy học vật lý bao gồm: - Nhiệm vụ thứ nhất là cung cấp cho học sinh hệ thống kiến thức vật lý , khoa học, hiện đại và các kĩ năng kĩ xảo vật lý. - Nhiệm vụ thứ hai là góp phần cùng các môn học khác rèn luyện tư duy, bồi dưỡng năng lực sáng tạo và khả năng tự học cũng như khả năng hoạt động độc lập của học sinh. Để thực hiện nhiệm vụ này, người giáo viên phải nắm vững quá trình nhận thức, hiểu rõ các phẩm chất tư duy sáng tạo của các hoạt động tự lực và phương pháp bồi dưỡng chúng. Đồng thời phải có nghệ thuật kết hợp việc rèn luyện này với quá trình dạy học vật lý. - Nhiệm vụ thứ ba là góp phần giáo dục thế giới quan và nhân cách, đạo đức cho học sinh. - Nhiệm vụ thứ tư là giáo dục kỉ thuật tổng hợp cho học sinh.  Các mục tiêu và nhiệm vụ trên có mối liên hệ biện chứng với nhau và được thực hiện đồng thời trong hoạt động dạy học vật lý ở nhà trường. Tuy nhiên hiện nay nhiều giáo viên hầu như chỉ tập trung chú ý đến việc cung cấp hệ thống kiến thức và các kỹ năng vật lý cho học sinh và không chú ý đúng mức đến các mục tiêu còn lại, đặc biệt là nhiệm vụ bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh. Trong khi đó xã hội ngày nay với tốc độ phát triển quá nhanh của khoa học công nghệ và lượng tri thức khổng lồ đòi hỏi những con người có trí tuệ năng động và tư duy sáng tạo như T.Edison đã nói: “Nhiệm vụ quan trọng nhất của nền văn minh là dạy con người biết suy nghĩ.” Chính vì thế mà việc nghiên cứu để thực hiện mục tiêu nhiệm vụ bồi dưỡng tư duy sáng tạo là điều hết sức cần cấp thiết trong giai đoạn hiện nay của giáo dục và đào tạo. 1.2. Bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý 1.2.1. Khái niệm tư duy Theo tâm lý học, tư duy là quá trình phân tích và tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá trên con đường tìm ra cái mới.[30] Nói rõ hơn, tư duy là một quá trình nhận thức phản ánh những thuộc tính bản chất, những mối liên hệ và quan hệ có tính chất quy luật của sự vật, hiện tượng trong hiện thực khách quan phổ biến giữa chúng.[14, tr.40] * Các đặc điểm của tư duy trong học tập vật lý [14; tr.40, tr.41, tr.43]  Tư duy chỉ bắt đầu từ tình huống có vấn đề. Vấn đề là một câu hỏi, một nhiệm vụ mà bằng kiến thức và kinh nghiệm cũ học sinh chưa thể trả lời hay giải quyết được. Tình huống có vấn đề là trạng thái tâm lý trong đó học sinh nhận thức được vấn đề và có nhu cầu giải quyết vấn đề đó. Trong quá trình dạy học giáo viên tổ chức cho học sinh thấy được vấn đề và mong muốn giải quyết nó thì quá trình tư duy bắt đầu. Có nhiều hình thức tham gia của học sinh vào bài học như làm việc với sách giáo khoa, tài liệu tham khảo, thảo luận nhóm, tham gia các trò chơi vật lý, tự lực giải bài tập, làm những thí nghiệm đơn giản. Chính các hoạt động cụ thể này sẽ kích thích hứng thú học tập cho học sinh và trên cơ sở đó hoạt động tư duy diễn ra mạnh mẽ.  Tư duy có tính khái quát và gián tiếp Tư duy khái quát vì nó phản ánh thuộc tính chung, mối liên hệ chung cho các sự vật hiện tượng.Tư duy gián tiếp vì nó phải sử dụng công cụ là ngôn ngữ.  Tư duy có quan hệ mật thiết với ngôn ngữ Ngôn ngữ là phương tiện của tư duy vì ngay từ khâu mở đầu của tư duy là tình huống có vấn đề đến quá trình thực hiện các thao tác tư duy và sản phẩm của tư duy là các khái niệm, phán đoán, suy lý đều phải sử dụng ngôn ngữ. Do đó rèn luyện ngôn ngữ cho học sinh rất quan trọng, nhất là ngôn ngữ của các khái niệm, đại lượng, định luật vật lý. Việc nắm vững kiến thức không chỉ diễn ra trong đầu học sinh mà phải được phát biểu ra bằng lời thông qua việc mô tả các hiện tượng vật lý, giải thích chúng, tìm ra trong đó các đại lượng đặc trưng và các định luật chi phối chúng. Cần tránh việc chỉ yêu cầu học sinh trả lời những câu hỏi đơn giản như phát biểu định nghĩa, định luật…Trong các bài tập vật lý cần chú trọng đến việc phân tích hiện tượng, phân tích các dữ kiện và phân tích kết quả đạt được.  Tư duy không tách rời nhận thức cảm tính Tư duy thường bắt đầu từ nhận thức cảm tính và trong quá trình tư duy phải sử dụng nguồn tài liệu do nhận thức cảm tính thu nhận được. Ngược lại kết quả của tư duy làm cho nhận thức cảm tính nhạy bén hơn. Vì thế việc rèn luyện và kích thích năng lực quan sát của học sinh là điều quan trọng. Sự quan sát diễn ra dưới định hướng của giáo viên và thường là quan sát hình ảnh, hình vẽ, sơ đồ, mô hình thí nghiệm vật lý.  Tư duy là một quá trình với các thao tác trí tuệ cụ thể Tư duy là một quá trình vì nó có nảy sinh, diễn biến và kết thúc. Tư duy có những thao tác cụ thể như phân tích và tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hoá và cụ thể hoá. Vì thế cần rèn luyện các thao tác tư duy trên các đối tượng vật lý. Giáo viên cần có những biện pháp giúp học sinh chủ động tư duy và biết phương pháp tư duy hiệu quả trong quá trình dạy kiến thức và rèn luyện kĩ năng cho học sinh. Bên cạnh đó cần rèn luyện cho học sinh tư duy biện chứng. * Cơ sở vật chất và tinh thần của tư duy [28] Cơ sở vật chất và tinh thần của tư duy bao gồm: cơ sở sinh lý thần kinh, sức khỏe và nhu cầu vật chất. Cơ sở sinh lí thần kinh của tư duy là sự hoạt động của vỏ đại não. Hoạt động của bộ não cần sự cung cấp dưỡng chất và năng lực nên phải có sức khoẻ dồi dào bao gồm: sức khoẻ thể chất, tinh thần và sức khoẻ tâm lí xã hội.[25, tr.74]. Do đó tuỳ theo điều kiện thể lực và điều kiện sống mà mỗi người cần rèn luyện sức khoẻ, đảm bảo điều kiện cho hoạt động tư duy tốt. Cơ sở tinh thần của tư duy bao gồm sự tôn trọng, không khí làm việc thoải mái, có sự động viên, khen thưởng hợp lý. Vì thế khi tiến hành xây dựng và sử dụng bài tập sáng tạo và dạy học vật lý, giáo viên cần chú ý đến tính thực tế của bài tập với học sinh đang dạy, tạo không khí làm việc thoải mái, đặc biệt là hết sức tôn trọng ý tưởng của các em, động viên khen thưởng kịp thời những ý tưởng sáng tạo. Giáo viên rèn luyện cho học sinh tôn trọng ý tưởng của nhau, không cười giễu, chê bai ý tưởng của bạn mình. *Các loại tư duy Có thể chia tư duy thành ba loại cơ bản: [28, tr.62] - Tư duy logic hình thức (tư duy logic): Tư duy logic dựa trên luật bài trung và tam đoạn luận. Luật bài trung quy định A là A chứ không thể vừa là A vừa không là A được. Tam đoạn luận trước hết khẳng định một tính chất α chung cho mọi phần tử thuộc tập hợp A; sau đó khẳng định một phần tử a thuộc tập hợp A và kết luận phần tử A cũng có tính chất α. Tư duy logic chỉ dùng cho đối tượng ở trạng thái yên tĩnh, nếu đối tượng vận động thì phải dùng tư duy logic biện chứng (gọi là tư duy biện chứng) - Tư duy biện chứng: bác bỏ luật bài trung, chấp nhận A vừa là A vừa không là A. Đó là chân lí của sự vận động. Vì vận động là thường xuyên, yên tĩnh chỉ là tạm thời nên tư duy biện chứng đóng vai trò quan trọng trong suy nghĩ của con người. - Tư duy hình tượng: là kiểu tư duy mà sản phẩm tạo ra bằng hư cấu, bằng tưởng tượng ra những đối tượng theo quan điểm thẫm mĩ nhất định giúp hình dung ra các sự vật, hiện tượng, con người với khả năng vốn có của chúng. Từ ba loại tư duy cơ bản trên, xét về mức độ độc lập, người ta chia tư duy ra thành bốn bậc: [14, tr.65] - Tư duy lệ thuộc: suy nghĩ dựa dẫm vào tư duy người khác. - Tư duy độc lập: tư duy của những người có chính kiến riêng trong một lĩnh vực nào đó. - Tư duy phê phán: chỉ người có tư duy độc lập và biết phán xét sự việc bằng khả năng quan sát, phân tích và tổng hợp. - Tư duy sáng tạo: tư duy của ngững người biết phê phán sự việc và đề ra những giải pháp mới nhằm phát huy ưu điểm và khắc phục các thiếu sót. 1.2.2. Khái niệm sáng tạo [5] Sáng tạo là hoạt động tạo ra cái gì đó đồng thời có tính mới và tính ích lợi + Tính mới: là sự khác biệt của đối tượng cho trước với đối tượng cùng loại trước đó về mặt thời gian (đối tượng tiền thân); +Tính ích lợi: chỉ thể hiện khi đối tượng cho trước hoạt động theo đúng chức năng trong phạm vi áp dụng. Trong dạy học người ta có thể phân biệt sáng tạo ở hai cấp độ là sáng tạo cái mới đối với bản thân và sáng tạo cái mới đối với nhân loại. Trong quá trình học tập vật lý của học sinh sáng tạo chủ yếu là sáng tạo tự nhiên ở cấp độ thứ nhất. Sáng tạo để nắm vững các kiến thức vật lý như các khái niệm, định luật, vận dụng kiến thức vật lý để giải bài tập, lập các mô hình vật lý, các thiết bị ứng dụng nguyên lý vật lý…, sáng tạo để cải tiến những cái cũ. Như vậy sự sáng tạo trước hết là sự lao động bền bỉ với cảm hứng nhất định. Không có lao động nhận thức để tích luỹ dữ kiện thì không có sáng tạo [14, tr.42]. Vì thế muốn sáng tạo học sinh phải được trang bị kiến thức khoa học đầy đủ và chính xác và phải luyện tập tự mình làm việc, tự mình suy nghĩ giải quyết các vấn đề một cách thường xuyên và đúng hướng. 1.2.3. Khái niệm tư duy sáng tạo [4] Tư duy sáng tạo là quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định. Nói cách khác tư duy là quá trình suy nghĩ để đưa người giải: + Từ không biết cách đạt mục đích đến biết cách đạt mục đích hoặc; + Từ không biết cách tối ưu đạt mục đích đến biết cách tối ưu để đạt mục đích trong một số cách đã biết. Khi học sinh gặp một vấn đề mà chưa biết cách để giải hoặc biết một số cách giải nhưng chưa biết cách tối ưu để giải sẽ giúp học sinh bắt đầu một quá trình tư duy sáng tạo. 1.2.4. Các biện pháp phát triển tư duy sáng tạo của học sinh - Để rèn luyện tư duy sáng tạo cho học sinh có thể có những cách sau đã được nêu ra: [23] a) Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới Tổ chức nhận thức vật lý theo chu trình sáng tạo sẽ giúp học sinh trên con đường hoạt động sáng tạo dễ nhận biết được chỗ nào có thể suy nghĩ dựa trên hiểu biết đã có, chỗ nào phải đưa ra kiến thức mới, giải pháp mới. Việc tập trung sức lực vào chỗ mới sẽ giúp học sinh hoạt động sáng tạo có hiệu quả, rèn luyện tư duy trực giác nhạy bén, phong phú. b) Luyện tập phỏng đoán, dự đoán, xây dựng giả thuyết Dự đoán có vai trò rất quan trọng trên con đường sáng tạo khoa học. Dự đoán chủ yếu dựa vào trực giác, kinh nghiệm và kiến thức sâu sắc về một lĩnh vực nào đó. Có thể có các cách dự đoán sau trong giai đoạn đầu của hoạt động nhận thức: - Dự đoán dựa vào sự liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có; - Dự đoán dựa trên sự tương tự; - Dự đoán dựa trên sự xuất hiện đồng thời giữa hai hiện tượng mà dự đoán giữa chúng có quan hệ nhân quả; - Dự đoán dựa trên nhận xét thấy hai hiện tượng luôn biến đổi đồng thời, cùng tăng hay cùng giảm mà dự đoán về mối quan hệ nhân quả giữa chúng; - Dự đoán dựa trên sự thuận nghịch thường thấy của nhiều quá trình; - Dự đoán dựa trên sự mở rộng phạm vi ứng dụng của một kiến thức đã biết sang một lĩnh vực khác; - Dự đoán về mối quan hệ định lượng. c) Luyện tập đề xuất phương án để kiểm tra dự đoán Để kiểm tra dự đoán, giả thuyết có phù hợp với thực tế không, phải suy luận ra hệ quả có thể quan sát trong thực tế và tiến hành thí nghiệm kiểm chứng. Quá trình rút ra hệ quả thường áp dụng suy luận logic hay suy luận toán học. Sự suy luận này phải đảm bảo đúng quy tắc, quy luật, không phạm sai lầm. Những quy tắc và quy luật đó đều đã biết nên không đòi hỏi sự sáng tạo thật sự. Vấn đề đòi hỏi sự sáng tạo ở đây là đề xuất được phương án kiểm tra hệ quả đã rút ra được. d) Giải các bài tập sáng tạo  Mục đích của hoạt động giải bài tập vật lý trong quá trình dạy học: - Bài tập vật lý (BTVL) là một phương tiện, phương pháp dạy học truyền thống đặc thù của môn vật lý; BTVL có chức năng giáo dưỡng, phát triển tư duy và giáo dục kỹ năng tổng hợp. BTVL có thể sử dụng trong tất cả các yếu tố cấu trúc của quá trình của quá trình dạy học từ việc tạo tình huống có vấn đề, xây dựng kiến thức hình thành kỹ năng mới đến củng cố ôn tập hệ thống hoá kiến thức và kiểm tra đánh giá kiến thức kỹ năng của học sinh. Tuy nhiên trong luận văn này chúng tôi muốn xem xét BTVL với chức năng là phương tiện bồi dưỡng tư duy học sinh, đặc biệt là tư duy sáng tạo.  BTVL nào thực hiện được chức năng bồi dưỡng tư duy sáng tạo? Có nhiều cách phân loại BTVL tuỳ thuộc vào mục đích phân loại. Trong đề tài này, với mục đích xây dựng và sử dụng BTVL để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh, chúng tôi chọn cách phân loại theo phương pháp luận sáng tạo (PPLST).  Phân loại bài tập vật lý - Trong sáng tạo học, theo yêu cầu rèn luyện kỹ năng tư tuy sáng tạo cho học sinh, dựa vào tính thực tế của nội dung bài toán người ta phân ra hai loại bài tập: + Bài toán cụ thể được phát biểu đúng (bài toán đúng): là những bài toán có hai phần: giả thiết và kết luận. Phần giả thiết trình bày những cái cho trước, đủ để giải bài toán, phần kết luận chỉ ra mục đích cần đạt cụ thể. Đây là loại bài toán giáo khoa mà học sinh đang được rèn luyện phổ biến hiện nay. Những bài toán này chỉ mới có tác dụng chủ yếu trong việc củng cố kiến thức lý thuyết, rèn luyện kỹ năng vận dụng. Vì thế về mặt tư duy bài tập này chỉ có tác dụng tái hiện kiến thức và phương pháp đã biết khi các em áp dụng những cách giải quen thuộc được cung cấp, các công thức đã được gợi ý trong giả thiết đã cho để giải, chưa có tác dụng nhiều trong việc phát triển tư duy sáng tạo. + Bài tập sáng tạo (tình huống vấn đề xuất phát): phần giả thiết có thể thiếu hay thừa, hay vừa thiếu vừa thừa, phần kết luận nêu mục đích chung chung, không rõ ràng, không chỉ ra cụ thể đi tìm cái gì, không gợi ý các công thức hay định luật cần sử dụng rõ ràng qua giả thiết cho trước. Loại bài tập này có tác dụng rèn luyện các phẩm chất của tư duy sáng tạo: tính linh hoạt, tính mềm dẻo, độc đáo và nhạy cảm. Loại bài tập này chưa có nhiều trong thực tiễn dạy học vật lý. V.G Razumoxki phân biệt hai loại bài tập sáng tạo tương ứng với hai pha quan trọng trong quá trình sáng tạo khoa học vật lý đó là từ sự kiện cảm tính tới việc xây dựng mô hình giả thuyết trừu tượng và giai đoạn chuyển từ một tiên đề lý thuyết và những quy luật nhất định của hiện tượng sang việc kiểm tra bằng thực nghiệm. Giai đoạn thứ nhất đòi hỏi sự giải thích hiện tượng trả lời câu hỏi tại sao? Giai đoạn thứ hai đòi hỏi thực hiện một hiện tượng hiện thực đáp ứng yêu cầu đã cho, nghĩa là trả lời câu hỏi làm thế nào? Tương ứng với hai trường hợp đó là hai loại bài tập là bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế chế tạo.  Bài toán đúng (bài toán giáo khoa) chỉ giúp cho HS luyện tập, tái hiện kiến thức đã biết, chưa có tác dụng nhiều trong việc bồi dưỡng tư duy sáng tạo. Do đó để bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học vật lý cần sử dụng các bài tập sáng tạo (BTST) vật lý. 1.3. Thực trạng thực hiện mục tiêu bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy môn vật lý ở trường THPT hiện nay Tinh thần cơ bản của đổi mới giáo dục hiện nay là phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh trong học tập. Tuy nhiên có thể nói rằng việc thực hiện mục tiêu bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh vẫn còn đang trì trệ và chưa được quan tâm đúng mức. Có nhiều nguyên nhân của tình trạng này có thể kể đến như : - Giáo viên vẫn chủ yếu sử dụng các phương pháp dạy học truyền thống để truyền tải hết nội dung kiến thức cho học sinh với cái đích nhắm tới là tỉ lệ học sinh đậu tốt nghiệp trung học phổ thông và đại học cao. Do đó nhiệm vụ quan trọng của giáo viên là truyền tải hệ thống kiến thức vật lý chính xác, khoa học đến học sinh và rèn luyện kỹ năng vật lý chủ yếu là kỹ năng giải bài tập với các dạng bài tập luyện tập phổ biến thường gặp ở các kì thi. Giáo viên chưa thấy được sự cấp thiết của mục tiêu dạy học mà chúng ta đang kỳ vọng hiện nay. - Chương trình học và khối lượng kiến thức vật lý cần truyền tải cho học sinh là quá lớn so với thời lượng hạn chế dành cho môn học. Chính áp lực này đã gây cản trở cho giáo viên trong việc đổi mới phương pháp dạy học để bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy vật lý. - Một khó khăn nữa là sĩ số lớp học quá đông, có thể lên đến 40, 50 HS mỗi lớp, giáo viên khó tổ chức các hoạt động học tập bồi dưỡng tư duy sáng tạo và qua tâm đến hiệu quả đối với từng em. - Cơ sở vật chất còn thiếu thốn, đa số các trường không có phòng học bộ môn hay nếu có thì phòng ốc nhỏ và thiếu thốn các phương tiện thí nghiệm, ví dụ như các bộ dụng cụ ít dẫn đến việc mỗi nhóm làm khá đông học sinh, các em không tham gia đầy đủ vào các bài tập thí nghiệm được mà thường chỉ đứng xem hay lơ là. Hơn nữa chất lượng các đồ dùng không tốt cũng gây khó khăn cho việc triển khai các bài tập thí nghiệm, bài tập gắn với thực tế. - Một khó khăn cụ thể nữa là việc rèn luyện tư duy sáng tạo cần có những bài tập sáng tạo. Tuy nhiên hệ thống bài tập giáo viên cho học sinh làm hiện nay đa số là bài tập luyện tập, hệ thống bài tập sáng tạo chưa nhiều và cũng không được chú trọng trong sách giáo khoa, sách bài tập, sách tham khảo hay đề cương của các trường. Hơn nữa giáo viên cũng chưa được phổ biến phương pháp bồi dưỡng._. tư duy sáng tạo có hiệu quả, đó chính là phương pháp luận sáng tạo TRIZ với các thủ thuật sáng tạo đang được áp dụng trên thế giới. 1.4. Ý tưởng góp phần nâng cao hiệu quả thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lý ở trường THPT giai đoạn hiện nay Như vậy nhiệm vụ cấp bách và mang tính chiến lược hiện nay trong giáo dục đào tạo là rèn luyện và bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho học sinh nhằm đào tạo ra những người biết cách suy nghĩ và giải quyết vấn đề một cách khoa học và hiệu quả. Trong những biện pháp đã trình bày, hoạt động giải các bài tập sáng tạo là một hoạt động giúp bồi dưỡng tư duy thường xuyên và hiệu quả. Tuy nhiên đa số giáo viên chỉ mới dừng lại ở việc cho học sinh tự suy nghĩ để giải các bài tập mà chưa cung cấp cho các em con đường, cách thức để suy nghĩ cho hiệu quả. Giáo viên có thể tổng hợp và đưa ra rất nhiều các dạng bài tập trong chương trình để học sinh có thể giải các bài tập tương tự, việc làm đó giúp học sinh có kết quả tốt trong các kì kiểm tra hay trong khi giải các bài tập giáo khoa quen thuộc. Tuy nhiên cách làm như thế chưa thật sự hiệu quả đối với việc phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh, giúp các em biết cách suy nghĩ và giải quyết khi gặp các vấn đề thật trong cuộc sống, đó chính là các bài tập sáng tạo. Hơn nữa hiện nay bài tập sáng tạo không có nhiều, có thể nói là rất ít và cũng không được sử dụng rộng rãi, không được áp dụng chính thức trong chương trình dạy học Vật lý. Vì thế mà ý tưởng xây dựng nên các bài tập sáng tạo sử dụng vào dạy học vật lý là thiết thức góp phần vào việc thực hiện nhiệm vụ quan trọng của quá trình dạy học vật lý nói riêng và dạy học nói chung, đó là bồi dưỡng tư duy sáng tạo. Giáo viên chưa được cập nhật nhiều về các phương pháp giúp tư duy sáng tạo khoa học và hiệu quả. Học sinh chủ yếu giải bài tập dựa vào kinh nghiệm cá nhân với cách suy nghĩ tự nhiên mò mẫm chưa hiệu quả, chưa thể điều khiển được quá trình suy nghĩ của mình sao cho đúng hướng theo một cơ chế định hướng nhất định. Vì thế mà các em mất nhiều thời gian để suy nghĩ, ý tưởng phát ra là ngẫu nhiên mà chính bản thân người giải cũng không hiểu tại sao mình nghĩ ra như vậy. Do đó điều cần thiết và rất có ích cho các em trong việc phát triển tư duy sáng tạo chính là việc được cung cấp một phương pháp và công cụ giúp tư duy theo cơ chế định hướng để đi đến lời giải. Hiện nay trên thế giới có rất nhiều nghiên cứu về các phương pháp sáng tạo : phương pháp não công, phương pháp đối tượng tiêu điểm, phương pháp các câu hỏi kiểm tra, phương pháp phân tích hình thái, phương pháp luận sáng tạo (lý thuyết giải bài toán sáng chế TRIZ)….TRIZ là phương pháp luận tìm kiếm những giải pháp kĩ thuật mới, cho những kết quả khả quan ổn định khi giải các bài toán khác nhau, thích hợp cho việc dạy và học của đông đảo quần chúng. [11, tr.27] Xuất phát từ nhiệm vụ bức thiết đề ra cho quá trình dạy học, từ những hạn chế đang gặp trong việc thực hiện nhiệm vụ ấy và từ vịêc tìm hiểu môn phương pháp luận sáng tạo (TRIZ) trang bị cho người học những công cụ để tư duy sáng tạo, chúng tôi cho rằng việc vận dụng TRIZ để xây dựng nên hệ thống bài tập sáng tạo dùng cho dạy học vật lý và dùng hệ thống bài tập đó để bồi dưỡng tư duy sáng tạo của học sinh sẽ góp phần bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS thực hiện nhiệm vụ phát triển tư duy trong dạy học môn vật lý ở trường phổ thông. 1.5. Phương pháp luận sáng tạo khoa học kỹ thuật 1.5.1. Vài nét về lịch sử của TRIZ [4], [11] Khoa học về tư duy sáng tạo đã được đặt nền móng từ thế kỷ thứ ba nhưng chưa được chú ý và phát triển. Đến cuối thế kỉ 19, đầu thế kỷ 20 các nhà tâm lý học bắt đầu nghiên cứu về tâm lý sáng tạo khoa học và kỹ thuật nhưng cách tiếp cân và nghiên cứu này đối với tư duy sáng tạo gặp nhiều khó khăn không vượt qua được nên không đưa thêm được những kết quả mới về mặt nguyên tắc, vì gốc của vấn đề tư duy sáng tạo lại nằm bên ngoài tâm lý. Từ các thông tin về sáng chế (là các giải pháp kỹ thuật có tính mới và đem lại lợi ích) được công nhận cấp bằng tác giả hay patent chính xác và tin cậy, người ta tìm ra nhiều thủ thuật dùng cho tư duy sáng tạo khoa học kỹ thuật. Các thủ thuật này giúp các nhà sáng chế định hướng suy nghĩ và đưa ra các ý tưởng độc đáo trong nhiều trường hợp. Tuy nhiên việc sử dụng còn phức tạp và chưa thể khai thác hiệu quả. Từ những năm 40 của thế kỷ này, người ta đưa ra những phương pháp tích cực hoá tư duy, có mục đích là tăng năng suất phát ý tưởng. Đến nay con số các phương pháp đã lên tới ba mươi, có thể kể đến các phương pháp tiêu biểu: phương pháp não công, phương pháp đối tượng tiêu điểm, phương pháp các câu hỏi kiểm tra, phương pháp phân tích hình thái…Tuy nhiên các phương pháp này chỉ mới hạn chế được một phần nhược điểm của phương pháp thử và sai, còn khá nhiều hạn chế. Từ 1946, G.S.Altshuller bắt đầu nghiên cứu xây dựng lý thuyết giải bài toán sáng chế (TRIZ). TRIZ về mặt nguyên tắc khác với phương pháp thử và sai cùng các phương pháp tích cực hoá tư duy. Tiên đề cơ bàn của TRIZ là: các hệ kỹ thuật phát triển tuân theo các quy luật khách quan, nhận thức được. Chúng được phát hiện và sử dụng một cách có ý thức để giải bài toán sáng chế. Sáng tạo học, cụ thể là TRIZ hình thành và phát triển ở Nga, sau đó lan ra nhiều nước khác. Đặc biệt ở Mĩ, từ năm 1991 TRIZ phát triển mạnh mẽ và nhanh chóng. Ở nước ta những hoạt động liên quan đến khoa học về tư duy sáng tạo mới thực sự bắt đầu vào cuối thập kỉ 70 và còn mang tính tự phát, không thuộc hệ thống giáo dục. “Trung tâm sáng tạo khoa học kỹ thuật” do Phan Dũng sáng lập đã hoạt động có hiệu quả. 1.5.2. Đối tượng, mục đích, lợi ích của phương pháp luận sáng tạo Đối tượng mà môn học nghiên cứu và hoàn thiện là tư duy sáng tạo - quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định của mỗi người. Mục đích: trang bị cho người học hệ thống các phương pháp và kỹ năng cụ thể, giúp họ nâng cao năng suất, hiệu quả và về lâu dài tiến tới điều khiển tư duy sáng tạo của họ. Các ích lợi: nếu giải quyết các vấn đề không tốt và đưa ra quyết định sai, ta phải trả giá về thời gian sức khoẻ, phương tiện vật chất…Phương pháp luận sáng tạo giúp định hướng đúng và khoa học trong việc giải quyết các vấn đề. 1.5.3. Tổng quan cách tiếp cận xây dựng phương pháp luận sáng tạo - TRIZ [4] 1.5.3.1. Phương pháp thử và sai * Phương pháp thử và sai là cách suy nghĩ tự nhiên của mỗi người để giải quyết vần đề và ra quyết định, người suy nghĩ hiếm khi suy nghĩ về cách suy nghĩ của mình và tìm cách cải tiến chúng. Khi gặp vấn đề, chủ thể thường nghĩ ngay đến việc áp dụng các các ý tưởng sẵn có trong trí nhớ. Sau khi phát hiện ra những “phép thử” đó là “sai”, người giải tiến hành các phép thử khác. Chính kiến thức và kinh nghiệm riêng của người giải luôn luôn có khuynh hứng đưa người giải đi theo con đường mòn đã hình thành trong quá khứ. Nếu phép thử đó sai, người giải trở nên mất tự tin và các phép thử tiếp theo nhiều khi mang tính chất hú hoạ, mò mẫm. Thông thường người giải sẽ tốn khá nhiều phép thử - sai khi gặp bài toán khó mà chưa chắc đã có thể tìm ra lời giải. * Ưu nhược điểm của phương pháp thử và sai: Phương pháp thử và sai thích hợp với những bài toán có số phép thử khá nhỏ và trả giá cho mỗi phép thử có thể chấp nhận được.Ưu điểm lớn nhất của phép thử và sai là nó chính là cơ chế của sự tiến hoá và phát triển trong tự nhiên, xã hội, tư duy cho đến thời gian gần đây. * Nhược điểm của phương pháp thử và sai là lãng phí lớn về thời gian, chất xám, các tiêu chuẩn đánh giá “đúng”, “sai” mang tính củ quan và ngắn hạn, năng suất phát ý tưởng thấp, nhược điểm lớn nhất là thiếu cơ chế định hướng tư duy về phía lời giải. Chính do tính ì tâm lý và các kinh nghiệm đã có luôn có xu hướng đưa người giải về lối mòn cũ hay phát ý tưởng mò mẫm thiếu định hướng mà không biết có đi đến lời giải hay không. Tuy phương pháp thử và sai trước đến nay vẫn được sử dụng rộng rãi, quen thuộc và cũng đã có nhiều thành tựu nhưng đó chưa phải là phương pháp tối ưu giúp hoàn thiện tư duy của mỗi người. Cần phải có một công cụ lao động giúp suy nghĩ hiệu quả hơn thay cho suy nghĩ thử và sai tự nhiên và thô sơ. Đó chính là cơ chế định hướng giúp người giải định hướng đúng để đi đến lời giải. Khi có công cụ trong tay thì việc tư duy giải quyết vấn đề không phải chỉ dành cho thiên tài mà chia đều cho mọi người bình thường, ai cũng có thể đi đến lời giải một cách khoa học. 1.5.3.2. Ý tưởng cơ bản và nguồn gốc TRIZ – lý thuyết giải bài toán sáng chế Phương pháp thử và sai với nhiều nhược điểm không đáp ứng yêu cầu của sự phát triển và giải quyết các vấn đề hiện đại. Hiện nay trên thế giới có khá nhiều phương pháp luận sáng tạo được xây dựng trên cơ sở tiếp cận khác nhau như: phương pháp não công, phương pháp đối tượng tiêu điểm, phương pháp phân tích hình thái và lý thuyết giải bài toán sáng chế (viết tắt theo tiếng Nga và chuyển sang kí tự latinh có nghĩa là TRIZ). Ý tưởng cơ bản dẫn đến việc xây dựng TRIZ là khoa học có nhiệm vụ phát hiện ra các quy luật, khoa học sáng tạo cũng không nằm ngoài quy tắc chung đó. Sáng tạo tạo ra sự phát triển nên đi tìm các quy luật sáng tạo là đi tìm quy luật của sự phát triển. Quan niệm đi tìm quy luật sáng tạo không phải là các quy luật tâm sinh lý mà là đi tìm quy luật của sự phát triển nói chung nhằm xây dựng cơ chế định hướng trong tư duy sáng tạo. Sự phát triển của nền văn minh chủ yếu do việc con người sử dung công cụ lao động ngày càng hoàn thiện dựa trên các phát minh khoa học liên quan đến các quy luật khách quan chứ không phải do các quy luật tâm sinh lý của con người. Như vậy việc nghiên cứu các quy luật khách quan về sự phát triển sẽ giúp sáng chế ra hệ thống công cụ cho tư duy sáng tạo. Tuy nhiên quy luật tâm sinh lý cũng rất quan trọng đối với việc thiết kế và sử dụng phương pháp luận sáng tạo. * Các nguồn kiến thức và thành tựu của nhiều bộ môn khoa học kĩ thuật được TRIZ kế thừa: - Phép duy vật biện chứng cung cấp phương pháp luận nghiên cứu các quy luật chung nhất về sự phát triển trong cả ba lĩnh vực : tự nhiên, xã hội, tư duy. - Các thông tin về patent là những thông tin tin cậy về sự phát triển. - Các lý thuyết hệ thống, thông tin, điều khiển học, ra quyết định, các phươn pháp dự báo cung cấp thông tin về sự phát triển trong nhiều lĩnh vực làm cơ sở cho TRIZ. - Các yếu tố tâm sinh lý phù hợp với người sử dụng TRIZ cần được quan tâm. Vì thế tâm lý học sáng tạo là một trong những nguồn kiến thức của TRIZ. - Những sáng chế khoa học mức cao thường sử dụng các hiệu ứng khoa học độc đáo ít người biết đến. Vì thế TRIZ còn đặt mục đích xây dựng cơ sở kiến thức, các phương tiện giúp nhà sáng chế tra cứu và sử dụng hiệu ứng khoa học một cách thuận tiện. Lý thuyết thông tin Tâm lý học sáng tạo Điều khiển học Lý thuyết ra quyết định Các phương pháp dự báo Phép biện chứng Tâm lý học sáng tạo Thông tin patent Sự tiến hoá và phát triển của các hệ sinh học Lịch sử phát triển của khoa học và công nghệ Các kiến thức khoa học cần cho người sáng tạo tạo Phê bình các phương pháp sáng tạo đã có T R I Z - Ngoài ra TRIZ còn phê phán các phương pháp luận sáng tạo khác nhằm thừa kế ưu điểm và khắc phục các khuyết điểm.  Có thể nói cho đến thời điểm hiện nay phương pháp luận sáng tạo dựa trên TRIZ là một lý thuyết lớn với hệ thống công cụ tương đối hoàn chỉnh trong khoa học sáng tạo bao gồm 9 quy luật phát triển hệ thống, 40 nguyên tắc sáng tạo cơ bản dùng khắc phục các mâu thuẫn kỹ thuật, 11 biến đổi mẫu dùng khắc phục các mâu thuẫn vật lý, hệ thống 76 chuẩn dùng để giải bài toán sáng chế, chương trình giải các bài toán. Ngoài ra người sử dụng còn có thể tổ hợp những thành phần này lại theo vô vàn cách để có sự đa dạng vô tận. 1.5.4. Nội dung cơ bản của TRIZ 1.5.4.1. Một số khái niệm cơ bản [4] Trong phương pháp luận sáng tạo (PPLST) và trong luận văn này, chúng tôi sử dụng các thuật ngữ với nội hàm tương ứng như sau: - Phương pháp luận là hệ thống các phương pháp; - Sáng tạo: hoạt động tạo ra bất cứ cái gì có đồng thời tính mới và tính ích lợi. + Tính mới: là sự khác biệt của đối tượng cho trước với đối tượng cùng loại trước đó về mặt thời gian (đối tượng tiền thân). + Tính ích lợi: chỉ thể hiện khi đối tượng cho trước hoạt động theo đúng chức năng trong phạm vi áp dụng. * Để đánh giá đối tượng cho trứớc có phải là sáng tạo hay không TRIZ đưa ra chương trình gồm 5 bước sau: 1. Chọn đối tượng tiền thân; 2. So sánh đối tượng cho trước với đối tượng tiền thân; 3. Tìm “tính mới” của đối tượng cho trước; 4. Trả lời câu hỏi: “Tính mới đem lại lợi ích gì? Trong phạm vi áp dụng nào?” Cơ sở triết học của TRIZ là phép biện chứng duy vật với ba quy luật cơ bản: quy luật phủ định của phủ định, quy luật chuyển những thay đổi về lượng thành những thay đổi về chất, quy luật thống nhất và đấu tranh giữa các mặt đối lập. Sáng tạo là sự phát triển vừa có tính vừa có tính ích lợi. Bài toán sáng tạo là bài toán nảy sinh khi có mâu thuẫn trong hệ thống, giải bài toán sáng tạo là phát hiện mâu thuẫn và giải quyết mâu thuẫn để đưa hệ thống sang trạng thái thống nhất mới (tính mới), đáp ứng nhu cầu của người giải – chủ thể sáng tạo (tính ích lợi). TRIZ tìm ra những công cụ cụ thể giúp chủ thể phát hiện mâu thuẫn và giải quyết mâu thuẫn trong bài toán sáng tạo. TRIZ phân biệt ba loại mâu thuẫn: - Mâu thuẫn hành chính là mâu thuẫn giữa “biết mục đích cần đạt” nhưng “không biết cách đạt mục đích”. Mâu thuẫn này tạo ra sự không thống nhất: người giải không có được cái mình muốn có – đây là bài toán vấn đề (bài toán sáng tạo) của người giải, mâu thuẫn này chính là mâu thuẫn bề ngoài (bề nổi). [25] - Mâu thuẫn kỹ thuật phát biểu: bằng cách làm quen biết này để giải bài toán thì một mặt A nào đó của đối tượng tốt lên (được lợi) nhưng lại kéo theo mặt B của đối tượng bị xấu đi (bị hại); có thể mô hình hoá mâu thuẫn kỹ thuật: A↑→B↓ [25] Để giải quyết mâu thuẫn kỹ thuật cần lưu ý: + Khi đưa ra lời giải để làm mặt A tốt lên, cần tìm hiểu xem có mặt nào khác (mặt B) xấu đi không; + Nếu cái xấu đi chấp nhận và bù trừ được thì người giải có thể sử dụng cách làm quen biết; + Nếu mặt B xấu đi không thể chấp nhận được thì phải tìm cách khác để được cả A lẫn B. Ngay cả khi B có thể chấp nhận được người giải vẫn có thể sáng tạo ra cách mới để không có cái thiệt, cái xấu đi. - Mâu thuẫn Vật lý là mâu thuẫn sâu sắc hơn. Đó là mâu thuẫn mà hệ thống vừa phải có mặt đối lập (Đ) để đem lại lợi ích này vừa phải có mặt đối lập (-Đ) để đem lại lợi ích khác trong khi hai mặt đối lập này loại trừ nhau. Giải quyết mâu thuẫn này sẽ làm cho Đ và –Đ chung sống hoà bình và bổ trợ cho nhau. - Tư duy sáng tạo là quá trình suy nghĩ giải quyết vấn đề và ra quyết định. Nói cách khác tư duy là quá trình suy nghĩ để đưa người giải: + từ không biết cách đạt mục đích đến biết cách đạt mục đích hoặc + Từ không biết cách tối ưu đạt mục đích đến biết cách tối ưu để đạt mục đích trong một số cách đã biết. - Như vậy có thể hiểu tư duy là quá trình suy nghĩ còn sáng tạo là giải quyết vấn đề và ra quyết định. - Đổi mới: là quá trình thực hiện tạo ra cái mới sao cho hệ liên quan tiếp nhận cái mới đó một cách đầy đủ, ổn định và bền vững để hệ liên quan hoạt động tốt hơn trước. - Các bài toán có thể được phân loại theo cách khác nhau, trong luận văn này chúng tôi đề cấp đến hai loại bài toán: + Bài toán cụ thể được phát biểu đúng hay gọi tắt là bài toán đúng: bài toán có hai phần là giả thiết và kết luận. Phần giả thiết trình bày những cái cho trước, đủ để giải bài toán. Phần kết luận chỉ ra đúng mục đích cần đạt một cách cụ thể. Giải bài toán đúng là quá trình suy nghĩ đi từ giả thiết đến kết luận. Bài toán này thường gặp trong các sách giáo khoa, sách bài tập nên còn gọi là bài toán giáo khoa, bài toán sách vở. + Tình huống vấn đề xuất phát: người giải phải tự phát biểu bài toán; phần giả thiết có thể thiếu hay thừa hay là vừa thiếu vừa thừa; phần kết luận nêu mục đích chung chung, không chỉ ra cụ thể đi tìm cái gì. Tương tự theo cách phân loại này, trong dạy học vật lý nhằm bồi dưỡng tư duy sáng tạo cho HS, có hai loại bài tập: bài tập luyện tập và bài tập sáng tạo. 1.5.4.2. Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản Thủ thuật là thao tác tư duy đơn lẻ, chỉ ra hướng mà người giải cần suy nghĩ. Các thủ thuật có vai trò trong PPLST như vai trò của chữ cái trong ngôn ngữ, các nguyên tố hóa học trong hoá học…Các thủ thuật cơ bản tổ hợp lại với nhau tạo nên những ý tưởng sáng tạo phức tạp hơn. TRIZ có 40 thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản. Trong khuôn khổ đề tài, phù hớp với vận dụng TRIZ dạy học BTVL chúng tôi giới thiệu 9 nguyên tắc được sử dụng trong đề tài: (các nguyên tắc còn lại xem phụ lục 4, từ trang PL21 đến PL33) 1. Nguyên tắc phân nhỏ * Nội dung: Phân nhỏ bài toán là chia đối tượng (bài toán) thành các thành phần độc lập nhau, tăng mức độ phân nhỏ hơn nữa hoặc làm đối tượng trở nên tháo lắp được. * Nhận xét: Đối tượng ở đây là bài toán hay một phần bài toán cần giải quyết. Phân nhỏ là chia đối tượng không thể giải quyết một lần thành từng phần nhỏ hơn cho vừa sức. Đôi khi sự phân nhỏ làm đối tượng thay đổi tính chất như đường cong phân nhỏ thì trở thành những đoạn thẳng. * Ví dụ: - Muốn xây dựng công thức tính quãng đường đi trong chuyển động thẳng biến đổi đều từ đồ thị, ta phân thời gian thành những khoảng ∆t rất nhỏ và xem rằng trong những khoảng thời gian đó vật chuyển động thẳng đều. - Muốn tìm lực Lorenzt tác dụng lên hạt mang điện chuyển động trong thanh kim loại, ta phân nhỏ lực từ tác dụng lên đoạn kim loại mang dòng điện thành nhiều lực tác dụng lân từng hạt mang điện trong đoạn dây đó. 2. Nguyên tắc tách khỏi * Nội dung: Khi bài toán hay đối tượng có nhiều phần, trong đó có những phần không cần thiết trong việc giải bài toán, ta có thể tách những phần đó ra khỏi đối tượng hay chỉ tách phần cần thiết ra khỏi đối tượng để giải quyết. * Nhận xét: Bài toán thông thường khá phức tạp và có nhiều thành phần, khi giải quyết một vấn đề nào đó ta chỉ cần một phần hay một số tính chất nào đó của đối tượng để quan tâm tới và sử dụng để giải quyết. * Ví dụ: - Để nghiên cứu lực từ tác dụng lên đoạn dòng điện đặt trong từ trường, ta có thể sử dụng khung dây chữ nhật nhưng chỉ đặt sao cho cạnh dưới khung nằm giữa 2 nhánh nam châm chữ U. Khi đó lực từ tác dụng lên cạnh dưới này mạnh hơn nhiều so với lực từ tác dụng lên các cạnh còn lại nên ta xem như chỉ quan sát lực từ tác dụng lên một đoạn dây mang dòng điện. Như vậy ta đã tách riêng một cạnh khung ra để nghiên cứu lực từ. - Khi nghiên cứu từ trường tại một điểm do nhiều nam châm hay dòng điện gây ra, ta tách ra và chỉ tính đến cảm ứng từ do từng dòng điện gây ra một cách độc lập rồi sau đó mới tổng hợp các cảm ứng từ. 3. Nguyên tắc kết hợp * Nội dung: Bài toán đã cho có nhiều thành phần, cần phải kết hợp các đối tượng đồng nhất, bổ sung cho nhau hay các đối tượng dùng cho hoạt động kế cận khi giải bài toán. * Nhận xét: Khi được kết hợp đối tượng thường có thêm chức năng mới. Trong thực tế, các đối tượng thường tồn tại đan xen nhau nên khả năng kết hợp của chúng luôn có và cần được chú ý khai thác. * Ví dụ: Bút chì kết hợp với cục tẩy, điện thoại di động kết hợp ngày càng nhiều chúc năng… Máy phát điện dùng sức gió làm roto quay kết hợp với bộ phận quay điều chỉnh hướng gió để quạt luôn hướng trực tiếp về phía có gió. Một vòng dây điện không gây ra từ trường đều nhưng nếu kết hợp nhiều vòng thành ống dây thì có từ trường đều trong ống. 4. Nguyên tắc phản trọng lượng * Nội dung: Có thể bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách kết hợp nó với đối tượng khác để tạo lực nâng, thông thường kết hợp với môi trường có lực nâng của chất lỏng, chất khí. * Nhận xét: Tinh thần của nguyên tắc là đối tượng có những nhược điểm mà kết hợp với đối tượng khác có ưu điểm bù trừ cho nhược điểm đó. Để bù trừ tiết kiệm nhất trước hết phải chú ý khai thác nguồn dự trữ có sẵn trong hệ, trong tự nhiên, đôi khi tạo nên tính chất mới. * Ví dụ: - Các tàu đệm từ dùng lực nâng của từ trường giúp tàu không ma sát với đường ray nên tàu có thể chạy với vận tốc cao. - Đệm không khí dùng lực nâng của không khí để loại bỏ ma sát giữa cá vật và bề mặt đệm dùng trong các thí nghiệm vật lý. - Dùng mặt phẳng nghiêng để di chuyển các vật năng lên cao, một phần trọng lượng của vật được cân bằng nhờ lực nâng (phản lực) của mặt phẳng nghiêng, do đó chỉ cần kéo hay đẩy vật với một lực nhỏ hơn trọng lượng của vật. 5. Nguyên tắc đảo ngược * Nội dung: Với bài toán đã cho, thay vì làm theo yêu cầu bài toán thì có thể làm ngược lại để từ đó loại bỏ đi phần ngược lại đó, hay làm thành phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại đứng yên thành chuyển động, lật ngược đối tượng để tạo ra tính chất mới cho đối tượng. * Nhận xét: Khi giải bài toán cho trước (bài toán thuận) cần xem xét đến khả năng giải bài toán ngược và khả năng đem lại lợi ích của lời giải bài toán ngược trong những điều kiện cụ thể để tận dụng nó, lật ngược vấn đề để xem xét nhằm tăng tính bao quát , toàn diện, khắc phục tính ì tâm lý. * Các ví dụ: - Khi làm các bài toán chứng minh (bài toán thuận) có thể xem xét khả năng chứng minh phản chứng (giả sử kết quả ngược lại để dẫn đến điều vô lý). - Trong việc thử nghiệm xe : các bánh xe đặt trên trục lăn. Ống thổi khí động học: máy bay đứng yên, không khí chuyển động. Khi giải một số bài tập chuyển động của vật so với nhà ga có thể xem vật đứng yên còn nhà ga thì chuyển động… - Trong việc tạo ra dòng điện cảm ứng: cuộn dây quay trong từ trường nam châm đứng yên có thể thay bằng nam châm quay còn cuộn dây đứng yên. 6. Nguyên tắc linh động * Nội dung: Các thành phần khác nhau trong bài toán có thể có các vai trò, chức năng khác nhau trong từng giai đoạn, cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài để chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc. * Nhận xét: Cần bao quát toàn diện quá trình làm việc của đối tượng để làm cho đối tượng tối ưu hơn trong từng giai đoạn làm việc. Muốn thế cấu trúc đối tượng phải có các mối liên kết “mểm dẻo”, có nhiều trạng thái để từng phần đối tượng có khả năng dịch chuyển với nhau. Từ đó giúp đối tượng có thể có nhiều vai trò, tiết kiệm không gian, nguyên vật liệu. Nguyên tắc linh động phản ánh khuynh hướng phát triển nên có tính định hướng cao, dùng trong việc đặt bài toán, phê bình cái đã có và dự báo. Về tư duy sáng tạo, cần khắc phục tính ì tâm lý để suy nghĩ, cách tiếp cận trở nên linh động, tránh giáo điều, cứng nhắc. * Các ví dụ: - Máy phát điện dùng sức gió có bộ phận xoay để cách quạt quay về phía có gió thổi tới trực tiếp. - Dao rọc giấy, dao gập khi không dung đến có thể xếp vào phần cán giúp cất giữ, di chuyển an toàn. Tương tự bút bi, bút chì có thể bấm ngòi đưa ra hay thụt vào. - Giá đỡ micro giúp điều chình micro phù hợp ngang tầm với người nói, micro không dây, micro thu nhỏ gắn vào áo. 7. Nguyên tắc giải thiếu hoặc thừa * Nội dung: Nếu bài toán khó nhận được hiệu quả cần thiết 100% thì nên nhận ít hơn một chút, lúc đó bài toán có thể đơn giản và dễ giải hơn. * Nhận xét: Tinh thần chung là không nên quá cầu toàn, chờ đợi điều kiện lý tưởng, nếu bài toán là khó thì có thể giảm bớt đòi hỏi làm bài toán dễ hơn dù kết quả không thật như ý muốn hay làm bài dễ hơn bằng cách đưa về trường hợp đặc biệt để tìm ra những gợi ý có giá trị cho việc giải bài toán khó. * Các ví dụ: - Nguyên tắc này có ý nghĩa với học sinh khi các em đào sâu thêm bài toán, tạo ra bài toán mới để giải và tìm ra kiến thức tổng quát. Ví dụ khi tìm hiểu công thức tính momen của lực từ tác dung lên khung dây trường hợp khung vuông góc với đường sức từ hay song song với đường sức từ theo sách giáo khoa, học sinh tiếp tục tìm công thức trong trường mặt phẳng khung không song song cũng không vuông góc với đường sức từ, từ đó suy ra công thức tổng quát. - Khi giải bài toán về mạch điện trong đoạn mạch có R, vì có dòng điện qua R thay đổi nhưng nếu chỉ tính sự thay đổi không đáng kể trong thời gian cho phép, ta xem R là hằng số. - Khi giải bài tập về quá trình biến đổi trạng thái của một lượng khí nhất định, ví dụ như khí trong bóng đèn, khi nhiệt độ tăng thì bóng đèn giản nở nhưng không đáng kể, ta có thể xem đó là quá trình đẳng tích để bài toán đơn giản hơn. 8. Nguyên tắc sử dụng trung gian * Nội dung: Khi giải bài toán, cần sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp tác động lên đối tượng cần xem xét. * Nhận xét: Tuy trung gian thường phiền phức và tốn kém hơn song do điều kiện lịch sử cụ thể không thế giải quyết vấn đề một cách trực tiếp. Khi điều kiện cho phép thì trung gian này nên bỏ. Trong khi sử dụng tìm kiếm trung gian, cần chú ý tận dụng nguồn dự trữ có sẵn trong hệ, không mất tiền. * Các ví dụ: - Máy biến thế dùng để chuyển đổi điện thế phù hợp với từng loại thíêt bị. - Khi chỉ có một ổ cắm mà muốn dùng cùng lúc hai, ba thiết bị ta dùng ổ cắm trung gian. - Role điều khiển mạng điện từ xa dùng nam châm điện để điều khiển sự đóng ngắt mạch điện. 9. Nguyên tắc thay thế sơ đồ cơ học * 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. 1.6.1. Bài tập sáng tạo về vật lý ở trường phổ thông Có thể nhận biết BTST với các dấu hiệu sau: 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. 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. 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. d) Bài tập cho thiếu, thừa hay sai dữ kiện 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. 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. 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 sa._.hỉnh lưu chỉ cho dòng điện qua theo một chiều, vì thế có thể dùng để biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều. - Dây dẫn trong từ trường chịu tác dụng của lực từ, nhưng nếu dây dẫn song song với đường sức từ thì không có lực tác dụng. - Cầu chì bảo vệ điện làm bằng dây chì để dễ nóng chảy làm ngắt mạch điện khi dòng điện lớn thay vì dùng dây dẫn bằng đồng như dây điện. 4. Nguyên tắc vạn năng * Nội dung: Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của đối tượng khác. * Nhận xét: - Đây là trường hợp riêng của nguyên tắc kết hợp. Kết hợp nhiều chức năng trên đối tượng giúp tận dụng nguồn dự trữ trong đối tượng như tiết kiệm vật liệu, thời gian, năng lượng… - Thường dùng trong nguyên tắc liên tục tác động có ích. - Nguyên tắc phản ánh khuynh hướng phát triển nên đóng vai trò quan trọng trong việc dự báo, thiết kế, chế tạo. * Ví dụ: - Bút thử điện đồng thời là tuôc-nơ-vit. - Biến thế nguồn vừa tạo ra dòng xay chiều, vừa tạo ra nguồn một chiều. - Đồng hồ đo điện đa năng có thể đo R, đo U, và I. 5. Nguyên tắc chứa trong * Nội dung: - Một đối tượng đặt trong đối tượng khác hay chuyển động xuyên suốt trong đối tượng khác. * Nhận xét: - Chứa trong không chỉ đơn thuần là không gian. Đây là trường hợp riêng của phẩm chất cục bộ tạo ra trong và ngoài có chức năng riêng. - Nguyên tắc giúp tận dụng nguồn dự trữ có sẵn trong đối tượng là đối tượng có thêm tính chất mới như gọn hơn, an toàn hơn, tiết kịêm năng lượng hơn. - Dùng chung với các nguyên tắc phân nhỏ, tách khỏi, kết hợp, vạn năng, đẳng thế, linh động, tác động có ích. * Ví dụ: - Thước chỉ bảng, angten đất có thể thu ngắn hay kéo dài ra. - Hộp đựng đồ thí nghiệm điện được sử dụng mặt trong để làm bảng điện để lắp các mach điện. 6. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ * Nội dung: - Gây ứng suất trước với đối tượng để chống lại ứng súât không cho phép, không mong muốn khi làm việc, hoặc để sử dụng khi cần ứng súât ngược lại. * Nhận xét: - “Ứng suất không đơn thuần là sự nén, hay kéo mà là bất kì tác động,ảnh hưởng nào. - Thông thường có tác động sẽ có phản tác động, cần chú ý sao cho phản tác động mang lại lợi ích nhất. - Nguyên tắc này kết hợp với các nguyên tắc: 10-thực hiện sơ bộ, 11-dự phòng giúp đối tượng có những tính chất mới, đòi hỏi sự nhìn trước, dự báo, tưởng tượng, chuẩn bị giải pháp. * Ví dụ: - Trong thí nghịêm về định luật III Niutơn, đầu tiên người ta cột 2 xe lại với nhau bằng dây và kẹp vào giữa một lò xo bị nén để khi đốt dây, lò xo bung ra làm 2 xe chuyển động về 2 hướng ngược nhau. - Muốn dùng ăcquy phải nạp điện trước. - Bơm nước lên bồn cao để dùng dòng nước chảy xuống. - Để li hay vật thuỷ tinh không nứt khi đổ nước sôi vào ta cần tráng sơ li với nước nóng trước sau đó mới đổ nhiều nước vào. 7.Nguyên tắc thực hiện sơ bộ * Nội dung: - Thực hiện trước sự thay đổi cần có hoàn toàn hay từng phần với đối tượng. - Sắp xếp đối tượng cho trước sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất không mất thời gain dịch chuyển. * Nhận xét : - Có những việc dù thế nào cũng phải thực hiện nên đòi hỏi tính đến khả năng thực hiện trước một phần hoặc toàn bộ sẽ có lợi nhiều so với thực hiện ở hiện tại. - Tinh thần chung : trước khi làm việc gì phải có sự chuẩn bị chu đáo và hoàn thiện. - Dùng chung với nguyên tắc 9-gây ứng súât sơ bộ và 11- dự phòng. * Ví dụ : - Các chi tiết được lắp ghép sẵn để làm nhà tiền chế, lắp ghép. Bêtông đúc sẵn - Khi làm bài tập HS tóm tắt bài trước và đổi các đơn vị cần thiết - Hộp keo mua về có đặt sẵn kim nhọn để dùng chọc vào miệng chai khi dùng. 8.Nguyên tắc dự phòng * Nội dung: Bù đằp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu an toàn. * Nhận xét: - Bất kể công việc gì đều có thể có những rủi ro do điều kiện môi trường thời gian thay đổi…nên cần phải tiên liệu trước để dự phòng. - Mọi cái đều có phạm vi áp dụng của nó, nếu ra ngoài phạm vi này lợi có thể biến thành hại. - Khuynh hướng phát triển là làm tăng độ tin cậy của đối tượng, cẩn thận cảnh giác và chuẩn bị biện pháp đối phó từ trước. * Các ví dụ: - Lắp đặt các loại cầu chì, van, chốt an toàn trong mạch điện, bình ga, nồi áp suất,bình chữa cháy … - Ở các giao lộ có đèn tín hiệu, chuông báo nguy hiểm ở đường ray xe lửa, biển báo nguy hiểm gần trường học, công trường… - Khi tiến hành các thí nghiệm vật lý phải chú ý tính an toàn : kiểm tra sơ đồ mạch điện trước khi bắt nguồn, có dụng cụ như hộp cát mềm để đỡ các vật rơi tự do… - Khi giải các bài tập cần chú ý phạm vi áp dụng của định luật : chỉ có thể áp dụng định luật bảo toàn cơ năng giải bài toán vật rơi hay ném trường hợp không có lực cản, lực ma sát, đồ thị U-I trong định luật Ôm U= IR chỉ là đường thẳng khi R không đổi nhưng khi có dòng điện qua thì R tăng nên đồ thị không thẳng mà hơi cong… 9. Nguyên tắc đẳng thế * Nội dung: thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng * Nhận xét: - Nghĩa đen: trong điều kiện làm việc dưới tác dụng của trọng lực, cần làm cho mọi cái xảy ra cùng độ cao, tránh nâng lên hạ xuống nhiều, mất năng lượng. - Tuy nhiên có thể hiểu rộng hơn là khi làm việc với đối tượng cần chọn lựa những cách hoạt động có thể giữ nguyên, ít thay đổi một số đại lượng nào đó. Có những cái chung ít bị biến đổi theo thời gian và có phạm vi áp dụng lớn như các định luật bảo toàn. * Các ví dụ: - Muốn đưa vật nặng lên cao để nhẹ nhàng người ta dùng mặt phẳng nghiêng hay băng chuyền. - Để tìm hiểu mối liên hệ giữa các thông số trạng thái của một khối khí người ta giữ nguyên một thông số và thay đổi các thông số còn lại với các đẳng quá trình : đẳng tích, đẳng áp, đẳng nhiệt … - Công tắc điện ở xe máy đặt ở ghi đông để ngang tam tay người sử dụng, ổ cắm điện hay biển hiệu đặt ngang tầm nhìn. 10. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác * Nội dung: - Chuyển đối tượng có kết cấu một tầng sang nhiều tầng - Đặt đối tượng nằm nghiêng - Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước, các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc mặt sau của dịên tích cho trước. - Những khó khăn do đối tượng chuyển động hay sắp xếp theo một chiều được khắc phục khi cho đối tượng dịch chuyển trong mặt phẳng hay không gian. * Nhận xét: - Từ chiều cần hiểu rộng, không chỉ là chiều không gian thường thấy trong lĩnh vực xây dựng, giao thông, không gian toán học, vật lý tinh thể… - Nguyên tắc nhắc nhở ta tận dụng những nguồn dự trữ về chiều có trong đối tượng và môi trường, rèn luyện cách nhìn nhận vấn đề từ những góc độ, khía cạnh khác nhau, đôi khi làm đối tượng có thêm tính chất mới. * Các ví dụ: - Xe buýt, giường, tủ nhiều tầng tận dụng được không gian bên trên, cầu vượt, đường hầm. - Bảng viết có thể dùng hai mặt, áo, nón dùng được cả hai mặt. - Bộ thí nghiệm về rơi tự do, có máng dài có thể đặt thẳng đứng khi làm thí nghiệm rơi tự do, đặt nghiêng để làm mặt phẳng nghiêng khi cần đo ma sát trượt - Khi xem xét chuyển động ném ngang, ném xiên ta có thể chọn hệ trục toạ độ để xem xét chuyển động của đối tượng theo trục Ox nằm ngang và Oy thẳng đứng rồi sau đó tổng hợp 2 chuyển động đó. 11. Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học * Nội dung: - Làm đối tượng dao động hay tăng tần số dao động - Sử dụng tần số công hưởng - Thay vì dùng các bộ rung cơ học có thể dùng các bộ rung áp điện - Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ * Nhận xét: - Thủ thuật liên quan đến kiến thức về dao động cơ học, sóng âm. - Thủ thuật nhắc ta chú ý tới những trường hợp đặc biệt như cộng hưởng, siêu âm. * Các ví dụ: - Đồng hồ cơ học, xích đu, bộ cần quét nước trên xe hơi, xe tải. - Phuộc nhún trên các xe giúp xe đỡ sốc manh khi đi qua chỗ dằn. - Muốn đo được gia tốc rơi tự do nơi đang ở ta có thể dùng con lắc đơn cho dao động điều hoà với biên độ nhỏ để đếm số lần dao động và đo thời gian, từ đó suy ra chu kì và tinh được gia tốc g. - Các nam châm điện có dòng xoay chiều đi qua giúp tạo ra các dao động cơ học sử dụng vào chuông điện. - Hiện tượng sóng dừng trên dây giúp đo bước sóng. - Các hiện tượng cộng hưởng có thể gây ra các dao động mạnh, cần chú ý để tránh gây tác hại như việc không hành quân qua cầu, không la lớn khi leo núi ở nơi có nhiều tuyết. 12. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ * Nội dung : - Chuyển đối tuợng có tác động liên tục thành tác động theo chu kì, hay làm thay đổi chu kì - Sử dụng khoảng thời gian giữa các xung để thực hiện tác động * Nhận xét : -Từ tác động không nhất thiết là lực mà là bất cứ ảnh hưởng nào - Việc chuyển sang chế độ xung (ngắt quãng) đem lại tính chất mới mà chế độ liên tục không có, làm tăng tính tương hợp của hệ thống, tiết kiệm năng lượng, tăng sự đa dạng * Các ví dụ : - Ngọn hải đang, đèn quảng cáo,đèn tin hiệu..đều có dạng nhấp nháy - Tủ lạnh, máy lạnh không chạy liên tục mà chỉ làm lạnh tới nhiệt độ nào đó rồi tự động ngắt tiết kiệm năng lượng và tự hoạt động lại khi nhiệt độ tăng - Đèn chiếu sáng trong máy ảnh, máy quay phim không liên tục mà sử dụng đèn flash chỉ chiếu sáng đồng thời khi mở ống kính - Khi đưa võng không đưa liên tục mà chỉ cần tác động đúng chu kì dao động của võng 13. Nguyên tắc liên tục tác động có ích * Nội dung: -Thực hiện công việc một cách liên tục ( tất cả các phần của đối tượng cần làm vịêc ở chế độ đủ tải) -Khắc phục vận hành không tải và trung gian -Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay * Nhận xét: - Nguyên tắc phản ánh khuynh hướng phát triển, có tác dụng trong việc đánh giá, phê bình lựa chọn bài toán, dự báo về sự phát triển. Cần luôn cải tiến để tăng hiệu quả, tiết kiệm thời gian, tăng tính tương hợp * Các ví dụ : - Ăcquy phát điện lúc xe, tàu không hoạt động để thắp sáng hay khởi động xe và tích điện bù lại khi động cơ làm việc - Đinamô xe đạp sử dụng năng lượng khi bánh xe quay để phát sáng đèn - Vỏ bọc hay đồ đựng dao kéo đồng thời cũng là đồ mài dao kéo khi ta đặt dao, kéo vào và lấy ra. 14. Nguyên tắc vượt nhanh * Nội dung: - Vượt qua các gai đoạn có hại hay nguy hiểm với vận tốc lớn - Vượt nhanh để có hiệu ứng cần thiết * Nhận xét: - Nếu tác động có hại thì phải vượt nhanh, tức là giảm thời gian có hại đến mức tối thiểu - Vượt nhanh đem lại tính chất hiệu ứng mới cho đối tượng . Ví dụ việc hạ nhiệt độ thật nhanh áp dụng trong quá trình tôi hoặc chế tạo chất vô định hình - Tinh thần chung là cần chú ý đến khả năng tăng năng súât công việc * Các ví dụ: - Máy khoan răng có tần số vòng quay lớn - Nhờ sự lưu ảnh của mắt mà trong điện ảnh các hình ảnh nếu xuất hiện liên tục trong thời gian ngắn giúp tạo ra các đoạn phim như các vật đang chuyển động thật - Khi thực hiện thí nghiệm biểu diễn tác dụng của lực trong thời gian ngắn không làm thay đổi động lượng của vật theo công thức của định luật II Niutơn, ta đặt một tờ giấy dưới đáy li và giật mạnh tờ giấy thật nhanh, li vẫn đứng yên không bị ngã hay chuyển động - Khi chích thì người ta đâm và rút kim thật nhanh - Khi làm thí nghiệm 2 dòng điện song song hút nhau hay đẩy nhau, ta đóng mạch trong thời gian ngắn thật nhanh vì có hiện tượng đoản mạch có thể làm hại nguồn và nóng dây dẫn vào và lấy ra. 15. Sử dụng các vật liệu hợp thành * Nội dung: Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng vật liệu hợp thành (vật liệu mới) * Nhận xét: - Tinh thần chung là chú ý đến tính hệ thống và tính mới. * Các ví dụ: - Nhựa có cốt là sợi cacbon được dùng làm vỏ động cơ phản lực - Đinh nhựa có ưu điểm : không bị từ hoá, không bị gỉ, ăn nhanh vào gỗ… 16. Nguyên tắc biến hại thành lợi * Nội dung: - Sử dụng các tác nhân có hại (như tác động của môi trường để thu được hiệu ứng có lợi - Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp với tác nhân có hại khác - Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa * Nhận xét: - Chữ tăng cường ở đây hiểu là thay đổi cái có hại để nó biến thành có lợi chứ không đơn thuần chỉ là tăng cái có hại - Lợi và hại chỉ mang tính chủ quan và tương đối. Tinh thần của nguyên tắc là lạc quan khi gặp những cái có hại. Phải đặt ra câu hỏi : Hại đối với cái gì? Trong thời gian bao lâu? Khi nào? Ở đâu? Trong điều kiện nào thì hại biến thanh lợi * Các ví dụ : - Biến sức tàn phá của lũ thành điện năng bằng cách xây dựng các hồ chứa nước và nhà máy thuỷ điện - Dòng điện Fucô có hại trong một số trường hợp nhưng có lợi khi ta dùng để nấu chảy kim loại, làm các điã quay trong công tơ điện mau ngừng khi không còn dòng điện đi qua - Lực ma sát có hại trong việc làm nóng các vật hay cản trở chuyển động nhưng nhiều trường hợp cần ma sát được tăng cường như đế giày dép, bánh xe có rãnh và gai, mài dao 17. Nguyên tắc quan hệ phản hồi * Nội dung: - Thiết lập quan hệ phản hồi - Nếu đã có quan hệ phản hồi , hãy thay đổi nó * Nhận xét: - Ở đâu có sự điều khiển thì ở đó cần chú ý quan hệ phản hồi và hoàn thiện nó - Khi thành lập quan hệ phản hồi cần chú ý tận dụng nguồn dự trữ có sẵn trong hệ để đưa ra cấu trúc tối ưu - Nguyên tắc này phản ánh khuynh hướng phát triển : làm tăng tính điều khiển của đối tượng (tự động hoá) nên rất có ích cho việc suy nghĩ định hướng như lựa chọn bài toán, cách tiếp cận dự báo, giúp người giải rút kinh nghiệm dựa trên tác động ngược lại, tự điều chỉnh để ngày càng tiến bộ, tránh mắc lại sai lầm của mình và người khác * Các ví dụ: - Phao xăng trong bình xăng xe máy có tác dụng chỉ ra mức xăng cho người đi xe biết không cần nhìn vào bình - Đèn đường tự động bật khi trời tối và tắt khi trời sáng - Ấm đun nước reo lên khi nước sôi, nồi cơm điện tự ngắt chế độ nấu khi cơm vừa chín tới chuyển sang chế độ làm ấm - Khi đặt một kim nam châm gần dây dẫn mang dòng điện thì kim nam châm bị lệch đi cho phép ta suy luận dòng điện cũng tác dụng lên nam châm, dòng điện cũng có từ tính. Từ đó tiến hành thí nghiệm với 2 dòng điện song song đặt gần nhau xem chúng có tác dụng lên nhau không (vì cả 2 đều có từ tính) - Role tự động trong cầu dao điều khiển máy bơm nước giúp máy tự động bơm lên khi bồn gần hết nước và tự ngắt khi bồn đầy nước. 18. Nguyên tắc tự phục vụ * Nội dung: - Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sữa chữa - Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lượng dư * Nhận xét: - Cần chú ý tận dụng và sự dụng các nguồn dự trữ có sẵng trong hệ như trong trường, nhiệt độ môi trường, độ ẩm, không khí, phế liệu, chất thải, năng lượng dư…. Tiến tới việc xây dựng chu trình khép kín. - Nguyên tắc phản ánh khuynh hướng phát triển : đối tượng dần tự động thực hiện công việc. Nguyên tắc này có ý nghĩa trong giáo dục và đào tạo con người biết tự học, tự rèn luyện * Các ví dụ: - Mạch chống trộm: khi cửa mở ra mạch kín nên đèn tự sáng và chuông reo lên. - Vòi tưới rau, hoa vừa phun nước vừa tự quay vòng tưới trên diện tích rộng không cần người. - Máy nước nóng dùng năng lượng mặt trời, pin mặt trời. - Sử dung các loại lon, chai nhựa cũ để làm đồ chơi, lồng đèn, tên lửa nước… 19. Nguyên tắc sao chép (copy) * Nội dung: - Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, dễ vỡ, không tiên lợi thì ta sử dụng bản sao. - Thay thế đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ) với các tỉ lệ cần thiết. - Nếu không sử dụng bản sao quang học được ở vùng ánh sáng nhìn thấy thì chuyển sang sử dụng bản sao hồng ngoại, tử ngoại. * Nhận xét: - Bản sao là phản ánh đúng các tính chất chính của đối tượng cần thiết cho việc giải bài toán. - Nếu thường xuyên dùng bản sao cần chú ý đề phòng tính ý tâm lý : coi mô hình chính là đối tượng thật dẫn đến kết luận chủ quan. * Các ví dụ: - Thay các thí nghiệm thật nhưng không có điều kiện làm và kết quả quá sai lệch, ta có thể dùng các thí nghiệm mô phỏng trên máy tính. - Khi nghiên cứu các hiện tượng vật lý ta thường xây dựng các mô hình để nghiên cứu : như mô hình mạng tinh thể, mô hình đường sức điện, đường sức từ. - Giải một số bài toán vật lý bằng đồ thị. - Mô hình đầu lam mẫu giúp sinh viên nha khoa thực tập các thao tác dùng máy khoan răng, nhổ răng, tiêm thuốc và các thao tác khác. - Mạch điện được vẽ, thiết kế và tính toán trên bản vẽ trước khi thi công trong thực tế. 20. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt” * Nội dung: Thay thế đối tuợng đắt tiến bằng đối tượng rẻ tiền có chất lượng kém hơn ( ví dụ về tuổi thọ). * Nhận xét: - Sản phẩm rẻ hơn có những ứu điểm của nó : dùng một lần rồi bỏ khỏi mất thời gian bảo trì, sữa chữa, đáp ứng nhu cầu đông đảo, sử dụng vật liệu nhân tạo tránh tàn phá môi trường. - Rẻ thay “đắt” tạo ra tính cháât mới : sản xuất nhan, nhiều, thay đổi mẫu mã nhanh chóng, tránh lây bệnh, vệ sinh… - Khi tiếp cận giải quyết vấn đề không nên quá cứng nhắc, cầu toàn. Chú ý tới khả năng nâng cao chất lượng và hạ giá thành sản phẩm, khai thác nguồn dự trữ có sẵn không mất tiền. * Các ví dụ: - Ống tiêm dùng một lần, các loại chén, dĩa, khăn dùng một lần. - Khuynh hướng dùng nhựa thay cho kim loại. - Dùng cừ tràm thay cho đóng cọc bằng bêtông cốt thép. 21. Sử dụng kết cấu khí và lỏng * Nội dung : -Thay cho các pầhn đối tượng ở thể rắn sử dụng các kết cấu khí và lỏng : nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thuỷ tĩnh, thuỷ phản lực * Nhận xét: - Kết cấu khí và lỏng có thể có những ưu điểm hơn so với chất rắn như linh động, dễ điều khiển, môi trường xung quanh có nhiều - Thủ thuật phản ánh khuynh hướng phát triển : kết cấu rắn bị thay thế bởi kết cấu khí và lỏng. Cần khắc phục tính ì, xem đối tượng kỉ thuật làm từ vật liệu rắn * Các ví dụ : - Để loại bỏ ma sát người ta dùng đệm không khí với hệ thống thổi khí từ bên dưới lên bề mặt tiếp xúc. -Các loại nệm hơi, gối hơi, phao, nệm nước -Trong máy chụp hình kỉ thuật số ta thay thấu kính thuỷ tinh bằng thấu kính chất lỏng 22. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng * Nội dung: -Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng thay cho kết cấu khối -Cách li đối tượng với môi trường bên ngoài bằng vỏ dẻo, màng mỏng * Nhận xét: -Vỏ dẻo mang mỏng có ưu điểm : nhẹ, linh động, it tốn không gian, bảo vệ tốt, tiết kiệm nguyên vật liệu -Màng mòng có thể được chế tạo từ nhựa cao su hay các vật liệu khác. Nó đem lại tính chất mới * Các ví dụ: - Các loại bìa sách, lịch, phủ lớp nhưa mỏng bảo vệ, cửa, tường phủ sơn chống gỉ sét và chống thấm - Dây dẫn kim loại phủ lớp vecni hay có vỏ bọc nhựa bảo vệ an toàn - Kính có phủ lớp nhôm, bạc để làm gương 23. Sử dụng vật liệu nhiều lỗ * Nội dung: - Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết nhiều lỗ - Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ thì sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó * Nhận xét: - Vật liệu nhiều lỗ có nhiều ưu điểm : nhẹ, cách âm tốt, tiết kiệm. Nó có thể là chất rắn, dẻo, lỏng - Các lỗ trống thường có không khí nên cần sử dụng nguồn dự trữ dễ kiếm từ môi trường. * Các ví dụ: - Các vách ngăn để cách âm, cách nhiệt - Lưới kim loại có thể dùng làm màn chắn tĩnh điện - Vòng nhôm dùng trong thí nghiệm lực căng mặt ngoài có nhiều lỗ nhỏ làm vòng nhẹ, ít tốn vật liệu hơn và thí nghiệm chính xác, loại bỏ sự chênh lệch áp súât khi nhúng vòng vào nước 24. Nguyên tắc thay đổi màu sắc * Nội dung: - Thay đổi màu sắc hay độ trong suốt của đối tượng và môi trường bên ngoài - Sử dụng chất phụ gia màu, huỳnh quang để quan sát đối tượng - Sử dụng các hình vẽ, kí hiệu màu sắc thích hợp * Nhận xét: - Từ trong suốt có thể hiểu theo nghĩa rộng là nhìn được vật bên trong, ví dụ như camera giúp quan sát trong thang máy làm thang máy trong suốt. - Cần quy ước sử dụng màu tương ứng với cái gì để dễ bao quát và xử lý thông tin nhanh - Các kí hiệu hình vẽ thích hợp giúp suy nghĩ thoáng, thấy được mối liên hệ của các bộ phận. Nên dùng sơ đồ khối nếu có thể *Các ví dụ: - Nam châm có 2 cực tương ứng màu xanh là cực Nam,đỏ là cực Bắc. Dây điện hay dùng màu đỏ cho cực dương, xanh cho cực âm - Bảng hiệu, bảng chỉ đường sơn huỳnh quang để dễ nhìn trong đêm tối - Để quan sát đường truyền tia catôt, ta đặt chắn giữa đường đi của nó một vật có hình dạng nào đó, sau đó đặt một âm màn hứng có phủ bột huỳnh quang để khi tia catôt đập vào thì phát ánh sáng xanh. 25. Nguyên tắc đồng nhất * Nội dung: - Những đối tượng tương tác với đối tượng cho trước phải làm từ cùng vật liệu ( hay vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước * Nhận xét: - Cần hiểu “đồng nhất” theo nghĩa rộng là làm tăng tính tương hợp không riêng gì vật liệu - Có tính định hướng cao trong việc đặt bài toán, dự báo bước páht triển tiếp theo của đối tượng. - Cần khai thác nguồn dự trữ có sẵn trong đối tượng * Các ví dụ: - Màn đúc để xử lý kim loại nóng chảy bằng sóng siêu âm, phần nguồn phát sóng trực tiếp tiếp xúc với kim loại nóng chảy làm từ cùng loại vật liệu với kim loại đó - Các vật liệu ghép lại với nhau cần chú ý đến hệ số nở vì nhiệt tương đồng thì sẽ bề chặt. Ví dụ như bêtông cốt thép. - Các loại keo từ cao su thì để dán cao su, nhựa để hàn nhựa 26. Nguyên tắc phân huỷ hay tái sinh các phần * Nội dung: - Phần đối tượng đã hoàn thành nhiệm vụ trở nên không cần thiết tự huỷ hay biến dạng - Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc * Nhận xét: - Cần nhìn trước, nghĩ trước bao quát quá trính để nhận định đối tượng khi không còn vai trò để không mất chi phí duy trì và chiếm không gian, cần chú ý khai thác nguồn dự trữ bên trong - Có tính định hướng cao, có ích cho việc đặt bài toán, dự đoán khuynh hướng phát triển * Các ví dụ: - Tên lửa nhiều tầng, dùng xong tầng nào thì vất tầng đó - Bia dùng bắc súng hay bắn cung thường phải thay sau mỗi loạt bắn. Để khác phục người ta dùng bia là nam châm điện được lắp đầy các hạt nhỏ có tính sắt từ. Khi đạn bắn trúng chỗ nào thì hạt sắt chỗ đó xù lên. Người ta ngắt và bật dòng điện lại thì lại có tấm bia mới. Các vòng bia do các đèn slide màu chiếu vào. - Đồng hồ quả lắc, sau mỗi chu kì do ma sát mà năng lượng mất đi, vì thế phải bù đắp lượng năng lượng mất mát đó sau mỗi chu kì để tao ra dao động duy trì 27. Nguyên tắc thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng * Nội dung: - Thay đổi trạng thái đối tượng - Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc - Thay đổi độ dẻo - Thay đổi nhiệt độ, thể tích * Nhận xét: - Từ trạng thái không có nghĩa chỉ là rắn, lỏng, khí, plasma. - Cần khắc phục tính ì tâm lý xem đối tượng chỉ có một trạng thái nào đó hay gặp, cần khai thác các trạng thái khác nhau của đối tượng. Các ví dụ: - Sắt cứng nhưng muốn dễ rèn người ta nung đỏ chúng - Muốn cắt miếng cao su dễ dàng người ta nung nóng dao - Muốn nối các ống có đường kính như nhau, người ta hơ nóng một đầu ống cho giản nở rồi nhanh chóng đút vào ống kia. 28. Sử dụng chuyển pha * Nội dung: - Sử dụng các hiện tượng nảy sinh trong quá trình chuyển pha như thay đổi thể tích, toả hay hấp thu nhiệt lượng * Nhận xét: - Nguyên tắc này khác nguyên tắc thay đổi thông số hoá lý ở chỗ không sử dụng pha này hay pha kia mà là sử dụng những hiệu ứng diễn ra trong các quá trình đó. - Cần khắc phục tính ì tâm lý xem đối tựong luông ở trạng thái cân bằng mà không để ý những nảy sinh trong quá trình biến đổi trạng thái để khai thác hay hạn chế. * Các ví dụ: - Từ pha lỏng chuyển sang pha khí thể tích tăng nhiều có thể dùng thực hiện công cơ học dùng trong máy hơi nước, động cơ đốt trong, độngc ơ phản lực. - Thiếc có thể tồn tại ở hai dạng :thiếc trắng và thiếc xám. Sự chuyển pha ở 18oC xảy ra đồng thời với việc tăng thể tích đột ngột được sử dụng trong các sáng chế kỹ thuật 29. Sử dụng sự nở nhiệt * Nội dung: - Sử dụng sự nở (hay co) của các vật liệu - Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng vài vật liệu có hệ số nở nhiệt khác nhau * Nhận xét: - Cần chú ý khai thác nguồn tạo nhiệt có sẵn như ánh nắng mặt trời, nhiệt độ môi trường. - Sự co ( hay nở ) nhiệt tạo nên sự thống nhất mới giữa các mặt đối lập như ngắn và dài, thẳng và cong, nóng và lạnh - Việc kết hợp các vật liệu có hệ số nở nhiệt khác nhau làm tăng hiệu quả và có được tính chất mới. * Các ví dụ: - Để tạo chân không trong ống giác hơi người ta hơ nóng để không khí bên trong nở ra, thoát bớt ra ngoài, rồi áp sát vào người. Khi nguội không khí trong ống co lại, áp súât giảm, tạo nên lực hút. - Quả bóng bàn móp muốn làm tròn lại có thể cho vào nước sôi. - Băng kép gồm 2 miếng kim loại hệ số nở nhiệt khác nhau ghép lại với nhau. Khi nóng lên do mức độ nở không giống nhau nên nó bị bẻ cong lên đựơc dùng làm rơle nhiệt trong bàn ủi, còi báo hiệu nước sôi. 30. Sử dụng chất oxy hoá mạnh * Nội dung : -Thay không khí thường bằng không khí giàu oxy hay bằng chính oxy. -Dùng bức xạ ion hoá tác động lên không khí hay oxy -Thay oxy giàu ozôn bằng ozôn * Nhận xét : -Oxy rát cần cho sự cháy nổ, thực hiện các phản ứng cần thiết cho sự sống : làm quá trình xảy ra nhanh hơn, tạo lớp oxit bảo vệ, chống vi trùng kị khí, cải tạo môi trường ô nhiễm -Oxy có trong không khí, nước. Do vậy cần chú ý sử dụng nguồn dự trữ có sẵn, tăng nhịp độ sử dụng oxy : không khí-không khí giàu oxy-oxy-oxy bị ion hoá-ozôn * Các ví dụ : -Oxy được dùng dưới dạng bình khí nén trong mỏ đốt hàn, y tế 31. Thay đổi độ trơ * Nội dung : -Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hòa. -Đưa thêm vào đối tượng các phần, các chất phụ gia trung hoà. -Thực hiện quá trình trong chân không. * Nhận xét: -Môi trường chân không có nhiều ưu điểm : rất sạch, cách nhiệt, cách điện tốt -Có thể sử dụng chất phụ gia không làm ảnh hưởng xấu mà có thể bổ sung cho đối tượng những tính chất mới. -Nguyên tắc này ngược với nguyên tắc sử dụng các chất oxy hoá mạnh khi cần tránh các quá trinh oxy hoá không mong muốn. * Các ví dụ: -Các bóng đèn hút chân không hay bơm các khí trơ. - Các bình có 2 thành đựơc hút chân không ở giữa để giữ nhiệt như bình thuỷ hay giữ lạnh. CÁC BÀI KIỂM TRA VÀ BÁO CÁO CỦA HỌC SINH MỘT SỐ HÌNHẢNH THỰC NGHIỆM TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn An, Bùi Kim Phượng, Nguyễn Thị Bích Hạnh, Ngô Đình Qua (1996), Lý luận dạy học, Ban Ấn Bản Phát Hành Nội Bộ trường ĐHSP TpHCM. [2] Nguyễn Thượng Chung, Thí nghiệm thực hnàh vật lý chọn lọc tập 1, NXBGD 1984 [3] Ban tổ chức kì thi (2009), Tuyển tập đề thi Olympic 30 tháng 4, lần thứ XIV, Nxb ĐHSP. [4] Phan Dũng (1994), Phương pháp luận sáng tạo khoa học – kỹ thuật giải quyết vấn đề và ra quyết định, giáo trình tóm tắt, Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM. [5] Phan Dũng (2004), Phương pháp luận sáng tạo và đổi mới , Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM. [6] Phan Dũng (2005), Thế giới bên trong con người sáng tạo, Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM [7] Phan Dũng (2006),Tư duy logic,biện chứng và hệ thống , Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM [8] Phan Dũng (2007), Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản phần 1 , Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM [9] Phan Dũng (2008), Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản phần 2 , Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM [10] Phan Dũng (2009), Các phương pháp sáng tạo , Trung tâm sáng tạo khoa học – kỹ thuật (TSK) trường ĐHKHTN – ĐH Quốc gia TpHCM [11] Phan Dũng (1992), Làm thế nào để sáng tạo , Ủy ban khoa học và kỉ thuật TpHCM [12] Đảng Cộng Sản Việt Nam (1996), văn kiện nghị quyết 2 BCHTW Đảng khoá VIII, Nxb Chính trị Quốc gia Hà Nội. [13] Nguyễn Thanh Hải (2002), Bài tập định tính và câu hỏi thực tế vật lý 11, Nxb Giáo dục. [14] Nguyễn Mạnh Hùng (2001), Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Khoa Vật lí trường ĐHSP TpHCM. [15] David Halliday, Robert Resnick , Jearl Walwer (1999): Cơ sở Vật lí tập 5, Nxb Giáo dục [16] Vũ Thanh Khiết, Vũ Đình Túy (2008), Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi trung học phổ thông môn vật lý, tập 3, NxbGD. [17] Vũ Thanh Khiết, Vũ Đình Túy (2008), Các đề thi học sinh giỏi Vật lí, NxbGD. [18] Lê Nguyên Long, An Văn Chiêu, Nguyễn Khắc Mão (2003), Giải toán Vật lí THPT một số phương pháp, NxbGD. [19] Lê Nguyên Long (1999), Hãy trở thành người thông minh sáng tạo, NxbGD. [20] Phạm Thị Phú, Nguyễn Đình Thước, Bài tập sáng tạo về vật lý ở trường THPT, Tạp chí Giáo dục số 163 kỳ 2, tháng 5/2007, trang 34-36. [21] Phạm Thị Phú, Nguyễn Đình Thước, Nguyễn Thị Xuân Bằng, Nghiên cứu vận dụng một số nguyên tắc sáng tạo của TRIZ xây dựng bài tập sáng tạo dùng trong dạy học môn vật lý ở trường phổ thông, Tạp chí giáo dục [22] Sở Giáo dục và đào tạo TPHCM, Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong(2006), Tuyển tập 10 năm đề thi Olympic 30 tháng 4 vật lý 11, Nxb GD. [23] Hà Sơn, Khánh Linh, 200 thực nghiệm được ứng dụng trên toàn thế giới, NXB Hà Nội [24] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Thâm, Phạm Xuân Quế - Phương pháp dạy học Vật lý ở trường phổ thông-NXBGD 2003 [25] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế (2002), Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Nxb Đại học sư phạm. [26] Nguyễn Phúc Thuận, Một số vấn đề về từ trường, NXBGD [27] Nguyễn Đình Thước – Đại học Vinh, Tạp chí Giáo dục số 232, kỳ 2, tháng 2/2010, trang 41- 43. [28] Nguyễn Cảnh Toàn, Nguyễn văn Lê, Châu An, Khơi dậy tiềm năng sáng tạo, NXBGD 2005. [29] Lê Công Triêm, Một số hình thức thể hiện bài tập định tính trong DHVL, tạp ch GD 237 (kỳ 1/5/2010) [30] Thái Duy Tuyên, vấn đề tái hiện và sáng tạo trong dạy học, Tạp chí thông tin KHGD số 83 năm 2001. [31] V.Langué, Những bài tập hay về thí nghiệm Vật lí, NxbGD. Tiếng Anh [1] Serway Beichner, Physics for Scientists and Engineers with Modern Physics. [2] Hewitt suchocki hewitt, conceptual Physical Science [3] Glencoe, Science interactions course 3, Mc Graw-Hill (NewYork) Các địa chỉ website: ._.