Tiến Sĩ Nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo phần cơ học lớp 10 THPT – Nâng cao

Luận án tiến sĩ năm 2011
Đề tài: Nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo phần cơ học lớp 10 THPT – Nâng cao
Định dạng file word


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU 1
1 Lý do chọn đề tài 1
2 Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. 2
3 Mục đích nghiên cứu. 8
4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. 8
5 Giả thuyết khoa học. 8
6 Nhiệm vụ nghiên cứu. 8
7 Phương pháp nghiên cứu. 9
8 Đóng góp mới của đề tài 10
9 Cấu trúc của luận án. 11
Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ THPT. 12
1.1. Năng lực tư duy sáng tạo. 12
1.1.1. Năng lực. 12
1.1.2. Tư duy. 12
1.1.3. Sáng tạo. 16
1.1.4. Năng lực tư duy sáng tạo. 17
1.1.5. Những yếu tố ảnh hưởng đến năng lực tư duy sáng tạo của học sinh 18
1.1.6. Tính ì tâm lý và ảnh hưởng của nó đối với TDST. 22
1.1.7. Các biện pháp rèn luyện TDST. 25
1.2. Dạy học sáng tạo trong dạy học vật lí 26
1.2.1. Cơ sở tâm lí học về dạy học sáng tạo. 27
1.2.2. Cơ sở lí luận dạy học về dạy học sáng tạo. 28
1.2.3. Các biện pháp dạy học sáng tạo trong môn vật lí ở trường phổ thông 29

1.3 TRIZ và việc vận dụng các nguyên tắc sáng tạo của TRIZ vào dạy học vật lí 32
1.3.1. Tìm hiểu về TRIZ. 32
1.3.2. Phân loại mức độ khó của bài toán và mức sáng tạo. 35
1.3.3 Các phương pháp tích cực hoá tư duy vận dụng trong dạy học sáng tạo 37
1.4. Bài tập sáng tạo về vật lí - phương tiện dạy học sáng tạo trong môn vật lí ở trường phổ thông. 46
1.4.1. Khái niệm 46
1.4.2. Phân biệt BTST với bài tập luyện tập. 47
1.4.3. Các dấu hiệu nhận biết BTST về vật lí. 47
1.4.4. Vận dụng các nguyên tắc sáng tạo của TRIZ vào việc xây dựng hệ thống BTST phần cơ học lớp 10. 50
1.4.5. Áp dụng các NTST của TRIZ vào hướng dẫn HS giải BTST nhằm bồi dưỡng năng lực TDST cho học sinh. 53
1.4.6. Những biện pháp sư phạm cần thiết trong tiến trình sử dụng BTST vào dạy học 56
1.5. Xây dựng thang đo đánh giá năng lực TDST của HS trong dạy học BTST về vật lí 59
1.5.1. Đánh giá theo tiêu chí 59
1.5.2. Cơ sở xây dựng các tiêu chí đánh giá năng lực TDST. 59
1.5.3. Cách đánh giá. 60
1.5.4. Thang đo. 61
1.5.5. Kiểm chứng thang đo. 64
Kết luận chương 1. 66
Chương 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG HỆ THỐNG BÀI TẬP SÁNG TẠO PHẦN CƠ HỌC LỚP 10 THPT. 67
2.1. Phân tích nội dung dạy học phần cơ học lớp 10 67

2.1.1. Mục tiêu và nội dung dạy học phần cơ học lớp 10. 67
2.1.2. Phân phối chương trình phần cơ học lớp 10 theo chương trình vật lí THPT hiện hành. 68
2.2. Điều tra thực trạng dạy học bài tập vật lí nói chung, BTST về vật lí nói riêng ở trường phổ thông. 69
2.2.1. Mục đích điều tra. 69
2.2.2. Đối tượng điều tra. 69
2.2.3. Kết quả điều tra. 70
2.2.4. Nguyên nhân thực trạng. 71
2.2.5. Kết luận. 72
2.3. Xây dựng hệ thống BTST và hướng dẫn HS giải BTST phần cơ học lớp 10 73
2.4. Các hình thức sử dụng BTST trong dạy học vật lí ở trường THPT lớp 10 102
2.4.1. Sử dụng BTST vào tiết bài tập. 102
2.4.2. Sử dụng BTST vào tiết thực hành thí nghiệm trong giờ dạy không chính khoá 108
Kết luận chương 2. 123
Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 124
3.1. Mục đích, nhiệm vụ TNSP. 124
3.2. Nội dung TNSP. 124
3.2.1. Công tác chuẩn bị TNSP. 124
3.2.2. Chọn đối tượng TNSP. 125
3.2.3. Tiến hành TNSP. 132
3.3. Kết quả TNSP. 132
3.3.1. Đánh giá định tính. 133
3.3.2. Đánh giá định lượng thông qua xử lí, phân tích bài kiểm tra bằng phương pháp thống kê kiểm định 133

3.3.3. Đánh giá định lượng năng lực TDST của HS thông qua các tiêu chí 138
Kết luận chương 3. 143
KẾT LUẬN 145
1 Những kết quả đạt được. 145
2 Kết luận. 145
3 Kiến nghị 146
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ 148
TÀI LIỆU THAM KHẢO 149


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Ở Việt Nam, giai đoạn cuối thế kỷ XX đầu thế kỷ XXI cùng với sự phát triển ngày càng nhanh của các ngành khoa học kỹ thuật là việc đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước. Để thực hiện thành công sự nghiệp này, nhân tố quyết định thắng lợi chính là nguồn lực con người Việt Nam. Điều này được xác định rõ trong Luật giáo dục (2005), điều 27.1: “Mục tiêu của giáo dục phổ thông là giúp HS phát triển toàn diện về đạo đức, trí tuệ, thể chất, thẩm mĩ và các kỹ năng cơ bản, phát triển năng lực cá nhân, tính năng động và sáng tạo, hình thành nhân cách con người Việt Nam xã hội chủ nghĩa, xây dựng tư cách và trách nhiệm công dân, chuẩn bị cho HS tiếp tục học lên hoặc đi vào cuộc sống lao động tham gia xây dựng và bảo vệ Tổ quốc”.
Luật Giáo dục số 38/2005/QH11 ngày 14/6/2005, điều 28.2 đã ghi: "Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh".
Có thể nói, trong thời khắc chuyển mình của nền kinh tế đất nước như hiện nay, việc đào tạo nên những con người thực sự năng động, sáng tạo là điều vô cùng cần thiết, vì "tất cả đều bắt nguồn từ sự sáng tạo ." [99].
Thế kỷ XXI là thế kỷ của sự cạnh tranh chất xám sáng tạo bởi sáng tạo là nguồn tài nguyên cơ bản của con người, nguồn tài nguyên đặc biệt mà theo nhà khoa học Mỹ George Kozmetsky: “Bạn càng sử dụng nó nhiều thì càng có nó nhiều hơn”. Từ đó ta thấy, giáo dục và rèn luyện tính sáng tạo sẽ ngày càng đóng vai trò quan trọng như John Dewey nhận xét: “Mục đích giáo dục trẻ em không phải là thông tin về những giá trị quá khứ mà là sáng tạo những giá trị mới của tương lai” [61].
"Dạy học sáng tạo" với nội hàm là dạy tư duy sáng tạo nhằm góp phần đào tạo những con người năng động, sáng tạo, những con người luôn biết vận dụng kiến thức và năng lực của mình để tạo ra những giá trị mới để không ngừng cải tạo nâng cao chất lượng cuộc sống của cá nhân và của xã hội.
Bài tập sáng tạo là bài tập mà các dữ kiện cho trong đầu bài không chỉ dẫn trực tiếp hay gián tiếp algorit giải hay kiến thức vật lí cần sử dụng[85]. Đây là phương tiện có tầm quan trọng và có tác động mạnh mẽ trong việc bồi dưỡng năng lực tư duy logic, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, phát triển tư duy sáng tạo và nâng cao tinh thần trách nhiệm, ý thức làm việc tự lực của học sinh. Do đó, dạy học có sử dụng loại bài tập này một cách hợp lí chính là dạy học sáng tạo, nó sẽ góp phần vào việc đào tạo ra một nguồn nhân lực có phẩm chất đạo đức tốt, có tri thức khoa học, biết vận dụng tri thức vào công cuộc xây dựng đất nước.
Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài: "Nghiên cứu xây dựng và sử dụng hệ thống bài tập sáng tạo trong dạy học phần cơ học lớp 10 - THPT".
2. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
2.1. Những kết quả nghiên cứu ở nước ngoài
Trên thế giới, khoa học sáng tạo đã phát triển rất sớm.
Vào thế kỷ thứ ba, Pappus đã đặt nền móng cho khoa học về tư duy sáng tạo là Ơ-ris-tic, là khoa học về sự sáng chế, phát minh trong lĩnh vực khoa học cơ bản, kỹ thuật, . Đến nay, Ơ-ris-tic đã tồn tại suốt 17 thế kỷ nhưng có rất ít người biết về nó, vì trong một khoảng thời gian dài xã hội không có nhu cầu cấp thiết về khoa học tư duy sáng tạo. Ngày nay, khi mà sáng tạo tự phát không thể giải quyết được những vấn đề ngày càng phức tạp của xã hội thì khoa học sáng tạo Ơ-ris-tic được nghiên cứu và phát triển.
Vào nửa cuối thế kỷ XIX các nghiên cứu về tâm lí học sáng tạo trong khoa học kỹ thuật bắt đầu xuất hiện. Đến thế kỷ XX các nghiên cứu đã cho kết quả là khả năng sáng tạo có ở tất cả những người bình thường, khoa học sáng tạo Ơ-ris-tic được phát triển với chất lượng mới với tên gọi là sáng tạo học. Các nhà tâm lí học đã phát hiện ra phương pháp thử và sai và vai trò quan trọng của nhiều yếu tố tâm lí như tính liên tưởng, trí tưởng tượng, trực giác, tính ì tâm lí, . trong quá trình tư duy sáng tạo. Tại thời điểm đó đã xuất hiện nhiều phương pháp nhằm nâng cao năng suất và hiệu quả tư duy sáng tạo như: Phương pháp đối tượng tiêu điểm của F. Zwicky, Phương pháp não công của A. Osborn [16]. Mặc dù các phương pháp này tuy có nhiều ưu điểm song vẫn chưa khắc phục được nhược điểm của phương pháp thử và sai là thiếu cơ chế định hướng từ bài toán đến lời giải trong tư duy sáng tạo.
Người có công lớn trong việc xây dựng khoa học sáng tạo là nhà khoa học Genric Sanlovich Altshuller (1926 - 1998), người Nga, gốc Do Thái sinh tại Taskent (Uzbekistan). Năm 14 tuổi ông đã có bằng sáng chế, năm 20 tuổi, ông đã dự định xây dựng lí thuyết để giúp bất kỳ người bình thường nào cũng có thể sáng chế được.
Năm 1946, Altshuller bắt đầu xây dựng lí thuyết giải các bài toán sáng chế (tiếng Nga là Теория решения изобретательских задач, chuyển tự Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch, viết tắt TRIZ) là phương pháp luận tìm kiếm những giải pháp kỹ thuật mới, cho những kết quả khả quan, ổn định khi giải những bài toán khác nhau, thích hợp cho việc dạy và học với đông đảo quần chúng. TRIZ kết hợp một cách chặt chẽ 4 yếu tố: Tâm lí, logic, kiến thức, trí tưởng tượng. Nó có mục đích tích cực hoá hoạt động tư duy sáng tạo. Theo đó, khoa học về sáng tạo được nhiều quốc gia quan tâm và đưa vào giảng dạy. Khoa học sáng tạo được dạy đầu tiên tại trung tâm sáng tạo trường đại học Buffalo (New York) năm 1967, năm 1972 tại trường ĐH kinh doanh Manchester (Anh). Trên thế giới phải kể đến sự đóng góp của các nhà khoa học như:
V. Langue (1978) với “Những bài tập hay về thí nghiệm vật lí” [101] đã đưa ra 124 bài tập thí nghiệm bao gồm các bài tập thí nghiệm gần gũi với cuộc sống mà học sinh có thể làm ở nhiều nơi như: Làm ở nhà, làm lúc dạo chơi, làm bên hồ, làm khi đi du lịch, làm trong nhà máy, trong vũ trụ hoặc làm trong phòng thí nghiệm.
M. E. Tultrinxki (1979) với “Những bài tập nghịch lý và ngụy biện về vật lí” [56] đã chỉ ra những tình huống có vấn đề mà HS có thể mắc sai lầm khi vận dụng nó vào giải quyết vấn đề thông qua các bài tập nghịch lí và ngụy biện hay, gần gũi với cuộc sống.
V.G. Razumôpxki (1975) với “Phát triển năng lực sáng tạo của HS trong DHVL ở trường trung học đã khái quát hoá ý kiến của nhiều nhà vật lí nổi tiếng về hoạt động sáng tạo, cơ sở lí thuyết của phương pháp phát triển khả năng sáng tạo của HS trong DHVL và đưa ra “chu trình sáng tạo khoa học” trong nghiên cứu vật lí gồm 4 giai đoạn: Từ sự kiện khởi đầu đến xây dựng mô hình giả thuyết, từ đó rút ra hệ quả lôgic và đề xuất phương án thí nghiệm để kiểm tra. Trong đó hai giai đoạn đòi hỏi sự sáng tạo nhiều nhất của nhà nghiên cứu đó là từ sự kiện khởi đầu đến mô hình, giả thuyết và từ hệ quả lí thuyết đến đề xuất thí nghiệm kiểm tra vì ở đây không thể sử dụng suy luận lôgic được mà phải dùng trực giác.
V.G. Razumôpxki cũng cho rằng trực giác có thể bồi dưỡng được cho HS trong dạy học nên ông đề nghị áp dụng chu trình sáng tạo khoa học trên vào dạy học vật lí ở trường phổ thông. Ông đưa ra hai loại bài tập sáng tạo là bài tập nghiên cứu và bài tập thiết kế nhưng chưa đưa ra quy trình hướng dẫn HS giải các loại bài tập này.
2.2. Những kết quả nghiên cứu ở Việt Nam
Ở Việt Nam, vào cuối thập kỷ 70, những hoạt động nghiên cứu liên quan đến khoa học về TDST còn mang tính chất tự phát. Lớp học dạy về phương pháp luận sáng tạo được tổ chức năm 1977. Người có công lớn là Phan Dũng với các tác phẩm: Phương pháp luận sáng tạo khoa học - kỹ thuật giải quyết vấn đề và ra quyết định [15]; Các nguyên tắc sáng tạo cơ bản [14] [18]; Thế giới bên trong con người sáng tạo [16]; Tư duy lôgic biện chứng và hệ thống [17].
Nguyễn Chân, Dương Xuân Bảo và Phan Dũng (1983) với “Angôrit sáng chế” - Đây là quyển sách đầu tiên về phương pháp luận sáng tạo được nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật Hà Nội in và phát hành [3]. Các nghiên cứu trên nhằm mục đích làm rõ TRIZ là gì, vận dụng TRIZ như thế nào trong việc giải quyết các vấn đề trong kỹ thuật sáng chế.
Nguyễn Văn Lê (1998) với “Cơ sở khoa học của sự sáng tạo” [52] đã trình bày một số cơ sở khoa học của việc giáo dục tính sáng tạo cho thanh thiếu niên như: Cơ sở tâm lí học của sự sáng tạo, cơ sở sinh lí thần kinh của hoạt động sáng tạo, bài học từ những con người sáng tạo.
Nguyễn Minh Triết (2001) với “Đánh thức tiềm năng sáng tạo” [96] đã đề cập đến việc vận dụng 19 nguyên tắc sáng tạo vào giải các bài toán cụ thể nhằm khắc phục tính ì tâm lí của con người khi giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Nguyễn Cảnh Toàn (2005) với “Khơi dậy tiềm năng sáng tạo” [73] đã đưa ra các vấn đề về sáng tạo học như khái niệm, nguồn gốc, cơ sở thần kinh của hoạt động sáng tạo. Quyển sách đã chỉ ra cho người giáo viên làm thế nào để dạy học sinh học tập sáng tạo.
Phạm Hữu Tòng với “Hình thành kiến thức, kỹ năng phát triển trí tuệ và năng lực sáng tạo của HS trong DHVL” [76] và “Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động tích cực, chủ động, sáng


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Dương Trọng Bái (2004). Chuyên đề bồi dưỡng học sinh giỏi THPT (tập 1). Nxb Giáo dục.
2. Dương Trọng Bái và tập thể tác giả (1997). Tài liệu giáo khoa chuyên vật lí 10 (tập 1). Nxb Giáo dục.
3. Dương Xuân Bảo, Nguyễn Chân, Phan Dũng (1983). Algôrit sáng chế. Nxb Khoa học - Kỹ thuật Hà Nội.
4. B.H. Langhe (1993). Những bài nghịch lí và ngụy biện vui về vật lí. Nxb Giáo dục.
5. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2006). Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình, SGK vật lí 10. Nxb Giáo dục.
6. Nguyễn Danh Bơ, Nguyễn Đình Noãn (2006). Bài tập chọn lọc và phương pháp giải bài tập vật lí 10. Nxb Giáo dục.
7. Nguyễn Danh Bơ, Nguyễn Đình Noãn (2007). Tuyển tập chọn lọc và phương pháp giải các bài tập vật lí lớp 10. Nxb Giáo dục.
8. Trần Hữu Cát (2004). Phương pháp nghiên cứu khoa học. Đại học Vinh.
9. Ngô Cương (2001). Cơ sở đánh giá giáo dục hiện đại. Nxb Học Lâm.
10. Phạm Đình Cương (2003). Thí nghiệm vật lí ở trường THPT. Nxb Giáo dục.
11. Nguyễn Xuân Chi, Đặng Quang Khang (2009). Vật lí đại cương tập 1. Nxb Bách Khoa - Hà Nội.
12. Đồng Thị Diện (2004). Xây dựng và sử dụng một số thí nghiệm đơn giản nhằm khắc phục quan niệm sai lầm và nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức cơ học lớp 6 cho học sinh THCS. Luận án tiến sĩ, Đại học Vinh.
13. Phan Dũng (1995). Phương pháp luận sáng tạo là gì? Báo Sài gòn giải phóng.
14. Phan Dũng (2005). Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản phần 1. Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
15. Phan Dũng (2005). Phương pháp luận sáng tạo KH - KT giải quyết vấn đề và ra quyết định. Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
16. Phan Dũng (2005). Thế giới bên trong con người sáng tạo. Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
17. Phan Dũng (2006). Tư duy logic biện chứng và hệ thống. Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh
18. Phan Dũng (2008). Các thủ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản phần 2. Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
19. Phan Dũng (2009). Các phương pháp sáng tạo. Nxb Đại học Quốc gia Tp Hồ Chí Minh.
20. Phan Dũng (2010). Các quy luật phát triển hệ thống. Nxb Trẻ
21. Dự án Việt - Bỉ (2010) . Nghiên cứu KHSP ứng dụng. Nxb Giáo dục.
22. Trần Khánh Đức (2010). Giáo dục và phát triển nguồn nhân lực trong thế kỷ XXI. Nxb GD Việt Nam.
23. Trí Đức (1997). Đo lường và rèn luyện trí thông minh của bạn. Nxb Thanh niên.
24. G. Polya (1976). Sáng tạo toán học tập 1. Nxb Giáo dục
25. G. Polya (1976). Sáng tạo toán học tập 2. Nxb Giáo dục
26. G. Polya (1995). Toán học và những suy luận có lí. Nxb Giáo dục.
27. G. Polya (1997). Giải bài toán như thế nào. Nxb Giáo dục.
28. Genric Altshuller (2003). Trở thành nhà sáng tạo tại sao không (2 tập). Nxb Trẻ Tp HCM.
29. Georg Sprockhoff (1974). Physikalische Schulversuche Mechanik festen Korper. Volk und Wissen Volkseigener Verlag Berlin.
30. Bùi Quang Hân (2004). Giải toán vật lí 10. Nxb Giáo dục