Sáng kiến kinh nghiệm Vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRIZ xây dựng bài tập sáng tạo chương “Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 - Trung học phổ thông

 BM 01-Bia SKKN 
 SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐỒNG NAI 
 Đơn vị: Trường THPT Tam Phước 
 Mã số: ................................ 
 (Do HĐKH Sở GD&ĐT ghi) 
 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
 VẬN DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRIZ XÂY DỰNG 
BÀI TẬP SÁNG TẠO CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” 
 VẬT LÝ 10 - TRUNG HỌC PHỔ THÔNG. 
 Người thực hiện: CHU THỊ THANH TÂM 
 Lĩnh vực nghiên cứu: 
 - Quản lý giáo dục  
 - Phương pháp dạy học bộ môn: VẬT LÍ  
 - Lĩnh vực khác: .......................................................  
 Có đính kèm: Các sản phẩm không thể hiện trong bản in SKKN 
  Mô hình  Đĩa CD (DVD)  Phim ảnh  Hiện vật khác 
 (các phim, ảnh, sản phẩm phần mềm) 
 Năm học: 2014 - 2015 
 1 
 VẬN DỤNG NGUYÊN TẮC SÁNG TẠO TRIZ XÂY DỰNG 
 BÀI TẬP SÁNG TẠO CHƯƠNG “CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” 
 VẬT LÝ 10 
I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 
 Thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ và sáng tạo, đất nước ta đang trong thời kì phát 
triển nhanh, mạnh quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Trước tình 
hình đó đòi hỏi ngành Giáo dục - Đào tạo phải không ngừng đổi mới đặc biệt là đổi 
mới về phương pháp dạy học để góp phần vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, 
năng lực sáng tạo cho thế hệ trẻ để từ đó có thể tạo ra những tri thức mới, phương 
pháp mới, cách giải quyết vấn đề mới. 
 Dạy học vật lý ở trường phổ thông có bốn nhiệm vụ cụ thể: Một là: cung 
cấp cho học sinh một hệ thống các kiến thức vật lý cơ bản, khoa học, hiện đại và 
các kĩ năng kĩ xảo tương ứng. Hai là: phát triển tư duy, bồi dưỡng năng lực sáng 
tạo và khả năng tự học và hoạt động độc lập ở học sinh. Ba là: góp phần giáo dục 
đạo đức cho học sinh. Bốn là: giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh. Trong đó, 
nhiệm vụ phát triển tư duy là nhiệm vụ có tầm quan trọng đặc biệt và cũng là mục 
đích cuối cùng của quá trình dạy học. Bồi dưỡng TDST cho học sinh là một nội 
dung quan trọng của nhiệm vụ phát triển tư duy. 
 BTST vật lý là một phương tiện hữu hiệu để bồi dưỡng TDST. Làm thế nào 
để có BTST và sử dụng BTST như thế nào? Là câu hỏi dành cho GVVL muốn thực 
hiện được nhiệm bồi dưỡng TDSTcho học sinh trong quá trình dạy học của mình. 
 TRIZ là công cụ hỗ trợ cho sự sáng tạo, nhằm tăng cường tính hệ thống của quá 
trình sáng tạo, rút ngắn thời gian, tiết kiệm công sức. Làm cho quá trình sáng tạo 
trở thành một khoa học, có những tiêu chí, nguyên tắc nhất định chứ không phải 
một quá trình mày mò, may rủi. Một số nguyên tắc sáng tạo TRIZ có thể vận dụng 
để xây dựng BTST nhằm bồi dưỡng TDST cho học sinh. 
 Nhìn chung, các bài toán cơ học đều có thể giải được bằng phương pháp động 
lực học và phương pháp dùng các định luật bảo toàn. Vì vậy, tôi chọn đề tài: 
“Vận dụng nguyên tắc sáng tạo TRIZ xây dựng và sử dụng BTST dạy học 
chương “Các định luật bảo toàn” - Vật lý 10”. 
 3 
 khác nhau để từ đó thể vạch ra nhiều con đường nhằm đạt đến mục đích và tìm 
 ra con đường hiệu quả nhất. 
 Dấu hiệu 2: Bài tập có hình thức tương tự nhưng có nội dung biến đổi: 
 Những bài tập này thường có nhiều hơn một câu hỏi mà thông thường câu đầu 
 tiên là bài tập luyện tập, các câu hỏi tiếp theo có hình thức tương tự nhưng nếu 
 vẫn áp dụng phương pháp cũ thì sẽ gặp sự bế tắc vì nội dung câu hỏi đã có sự 
 thay đổi về chất. 
 Dấu hiệu 3: Bài tập về thí nghiệm vật lí gồm các BTTN định tính và BTTN 
 định lượng. BTTN định tính sẽ yêu cầu thiết kế thí nghiệm theo một mục đích 
 cho trước, thiết kế một dụng cụ ứng dụng vật lí hoặc yêu cầu làm thí nghiệm 
 theo chỉ dẫn quan sát và giải thích hiện tượng vật lí. BTTN định lượng gồm các 
 bài tập đo đạc đại lượng Vật lí, minh họa lại quy luật vật lí bằng thực nghiệm, 
 thiết kế chế tạo thiết bị thí nghiệm đơn giản. 
 Dấu hiệu 4: Bài tập thừa (thiếu) dữ kiện đòi hỏi học sinh phải tự lập kế 
 hoạch để tìm dữ liệu bằng việc quan sát, thống kê, tra cứu sau đó mới thực hiện 
 giải. 
 Dấu hiệu 5: Bài tập nghịch lý, ngụy biện: Là những bài toán mà trong đề 
 bài chứa đựng sự ngụy biện nên đã dẫn đến một nghịch lý, kết luận rút ra mâu 
 thuẫn với những nguyên tắc, định luật vật lí đã biết. 
 Dấu hiệu 6: Bài toán hộp đen: Là bài toán gắn liền với việc nghiên cứu cấu 
 trúc bên trong (là đối tượng nhận thức mới) nhưng có thể đưa ra mô hình cấu 
 trúc của đối tượng nếu biết các dữ kiện “đầu vào” và “đầu ra”. Việc giải bài toán 
 hộp đen là quá trình sử dụng kiến thức tổng hợp và phân tích mối quan hệ giữa 
 dữ kiện “đầu vào” và “đầu ra” để tìm thấy cấu trúc bên trong của hộp đen. 
 Ngoài các BTST có các dấu hiệu trên đây, còn có nhiều dạng BTST được 
xây dựng dựa trên sự phân tích phương hướng cơ bản của khoa học và công nghệ 
như: 
 - Bài tập giải thích một hiện tượng kĩ thuật nào đó hoặc tiếp thu một hiệu ứng kĩ 
 thuật 
 - Bài tập giải thích hoặc sử dụng một hiện tượng nào đó của tự nhiên. 
 - Bài tập giải thích hoạt động của một dụng cụ thí nghiệm. 
 - Bài toán xây dựng một mô hình hiện tượng. 
II.2. CƠ SỞ THỰC TIỄN 
 II.2.1. Thực trạng xuất bản 
 II.2.1.1. Sách giáo khoa và sách bài tập vật lí 10 
 Qua tìm hiểu và thống kê bài tập và BTST chương “Các định luật bảo toàn”, 
 chúng tôi thu được kết quả cụ thể như sau: 
 * Sách cải cách giáo dục: Các BTST dưới dạng BTTN rất ít, khoảng 4/57 bài 
 chiếm 7% nhưng mới chỉ là các dạng bài tập có nhiều cách giải (4 bài). 
 5 
 - 33,3% giáo viên cho rằng rất khó để triển khai BTST trong các tiết học trên 
 lớp vì thời gian quá ít. 
 - 38% giáo viên thường xuyên yêu cầu học sinh làm thí nghiệm theo SGK hoặc 
 theo yêu cầu của giáo viên. 
 - Đa số giáo viên chưa biết và chưa vận dụng các NTST của TRIZ. 
 Vì vậy, việc sử dụng các NTST của TRIZ để xây dựng hệ thống BTST trong dạy học 
Vật lí là rất quan trọng và cấp thiết 
 7 
 + Xét quá trình chuyển động của vật m trên mặt phẳng nghiêng, hệ vật, mặt 
 phẳng nghiêng và trái đất là một hệ kín không ma sát. Áp dụng ĐLBT cơ năng: 
 1
 mgh mv2 
 2
 Vận tốc của vật m ở chân mặt phẳng nghiêng (ngay trước khi va chạm): 
 v 2 gh = 6m/s. 
 Xét quá trình va chạm của m và xe cát là va chạm không đàn hồi, áp dụng ĐLBT 
 động lượng trong hệ quy chiếu gắn với mặt phẳng ngang: mvcos M m V 
 mv cos 
 Vận tốc của vật m và xe cát ngay sau va chạm là: V = 0,3m/s 
 Mm 
 b. BTST 
  Các NTST sử dụng để xây đựng BTST 1 
 - Sao chép: Giữ nguyên nội dung và yêu cầu của BTXP. 
 - Thay đổi thông số lí hóa: Thay đổi hệ số ma sát giữa vật và mặt nghiêng. 
  BTST 1: Giải bài toán trên trong trường hợp ma sát giữa vật m và mặt 
 phẳng nghiêng là 0,1 theo những cách khác nhau. 
  Các câu hỏi định hướng tư duy - các NTST vận dụng để giải BTST: 
 - Câu hỏi 1: Bài tập này tương tự với bài tập nào? Sự khác biệt giữa bài tập 
 này với bài tập tương tự là gì? (Nguyên tắc sao chép, thay đổi thông số). 
 - Câu hỏi 2: Bài tương tự đó có thể áp dụng vào việc giải bài tập này không? 
 Cần phải thay đổi điều gì để giải quyết sự khác biệt giữa hai bài tập? (Nguyên 
 tắc sao chép, linh động). 
 - Câu hỏi 3: Ngoài việc áp dụng ĐLBT năng lượng ra, còn có những cách nào 
 để tìm được vận tốc của vật ở chân mặt phẳng nghiêng? (Nguyên tắc linh 
 động). 
 Các NTST sử dụng để xây dụng BTST 2 
 - Sao chép (Copy): Dạng bài toán vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng. 
 - Thay đổi sơ đồ cơ học: Thay vì vật chuyển động từ trên xuống, ta cung cấp 
 vận tốc đầu để vật đi từ chân mặt phẳng nghiêng lên. 
 - Đảo ngược: Thay vì tìm vận tốc ở chân mặt phẳng 
 nghiêng, tìm độ cao mà vật lên được. 
 BTST 2: Từ vị trí A, người ta truyền cho vật vận tốc v1 = 
 4m/s (Hình 2a). Vật lên đến B có độ cao h thì trượt xuống và 
 khi trở lại A nó có vận tốc v2 = 3m/s. 
 Biết α = 450. Tính độ cao h, hệ số ma sát trượt giữa vật và 
 mặt phẳng nghiêng bằng các cách khác nhau. 
  Các câu hỏi định hướng tư duy - các NTST vận dụng để giải BTST: 
 9 
 a. Đề BTXP 3 
 * Đề bài: Một vật khối lượng m1 đang bay ngang với vận tốc v0, đập vào mặt 
 nghiêng của một chiếc nêm có hình tam giác vuông cân (Hình 3a). Nêm có khối 
 lượng m2 ban đầu đang đứng yên trên một mặt ngang nhẵn. Sau va chạm tuyệt 
 đối đàn hồi, vật m1 nảy lên theo phương thẳng đứng với vận tốc v1 còn nêm 
 chuyển động theo hướng cũ của vật m1 với vận tốc v2. Tính độ cao cực đại (tính 
 từ vị trí va chạm) mà vật m1 lên được. 
 * Lời giải: Áp dụng ĐLBT động lượng theo phương ngang: 
 m1 v 1xx m 2 v 2 m 1 v 0 m 2 v 2 (1) 
 Do va chạm tuyệt đối đàn hồi nên động năng của hệ được bảo toàn: 
 1 1 1
 m v2 m v 2 m v 2 (2) 
 21 0 2 1 1 2 2 2
 Giải hệ phương trình (1) và (2) ta có vận tốc của m1 ngay sau va chạm là: 
 22m2() m 2 m 1
 vv12 2 (Bài toán chỉ được giải khi mm21 ) 
 m1
 Áp dụng ĐLBT cơ năng cho chuyển động của m1 sau va chạm: 
 1
 m v2 m gh 
 2 1 1 1
 Độ cao cực đại mà m1 đạt được sau va chạm là: 
 2
 v1 m 2() m 2 m 1 2
 hv 2 2 
 22g gm1
 b. Các BTST 
 Các NTST sử dụng để xây dụng BTST 4 
 - Sao chép: Sử dụng sơ đồ cơ học của BTXP. 
 - Thay đổi thông số lí hóa và sơ đồ cơ học: Thay đổi hệ số ma sát giữa nêm và 
 mặt đường bằng cách biến ma sát trượt thành ma sát lăn. 
 - Đảo ngược: Cho quả rơi từ độ cao h xuống va chạm vào nêm, tính vận tốc 
 nêm thay cho tính độ cao của quả cầu. 
 BTST 4: Một quả cầu có khối lượng m1 rơi từ độ cao h xuống đập vào mặt 
 nghiêng của một cái nêm khối lượng m2 đứng yên trên sàn nhẵn (Hình 3b). Sau 
 va chạm tuyệt đối đàn hồi, quả cầu bật ra theo phương ngang. Tính vận tốc của 
 nêm. 
 Các câu hỏi định hướng tư duy - các NTST vận dụng để giải BTST 
 - Câu hỏi 1: Bài tập này tương tự với bài tập nào? Sự khác biệt giữa bài tập 
 này với bài tập tương tự là gì? (Nguyên tắc sao chép, thay đổi thông số lí hóa, 
 thay đổi sơ đồ cơ học). 
 11 
 BTXP 5 
 a. Đề bài: Trên hồ có một con thuyền, mũi thuyền thẳng góc hướng vào bờ. Ban 
 đầu thuyền đứng yên, khoảng cách từ mũi thuyền tới bờ là d = 0,75m. Một người 
 đi từ mũi đến đuôi thuyền. Hỏi mũi thuyền có cập bờ được không? Biết chiều dài 
 của thuyền là l = 2m, khối lượng của thuyền là M = 140kg, người có khối lượng 
 m = 60kg. Bỏ qua ma sát giữa thuyền và nước. 
 * Lời giải: 
 - Chọn hệ quy chiếu gắn với bờ, hệ thuyền và người là hệ kín. 
 r r
 - Gọi v là vận tốc của thuyền đối với bờ; u là vận tốc của người đối với 
 thuyền. 
 r r r
 Áp dụng ĐLBT động lượng cho hệ người và thuyền: M v m( v u ) 0 
 r
 r mu
 Vận tốc của thuyền so với bờ là: v 
 Mm 
 (Dấu trừ cho thấy thuyền luôn chuyển động ngược chiều với người) 
 Thời gian người bước đi trên thuyền cũng là thời gian thuyền di chuyển. Khi 
 người đi hết chiều dài thuyền l thì thuyền dịch chuyển được độ dời s. 
 m
 s l 0,6 m 0,75 m 
 Mm 
 Mũi thuyền không thể cập bờ. 
 b. Các BTST 
 Các NTST sử dụng để xây dựng BTST 6 
 - Sao chép: Bài toán chuyển động bằng phản lực của thuyền trên hồ. 
 - Đảo ngược: Tính khối lượng của thuyền dựa trên việc ước lượng độ dời của 
 thuyền và chiều dài của thuyền. 
  BTST 6: Bằng một sợi dây đủ dài, có thể cân được một chiếc thuyền. Phải 
 làm như thế nào để thực hiện được điều đó? 
  Các câu hỏi định hướng tư duy - các NTST vận dụng để giải BTST 
 - Câu hỏi 1: Bài tập này tương tự với bài tập nào? (Nguyên tắc sao chép). 
 - Câu hỏi 2: Bài tương tự đó có thể áp dụng vào việc giải bài tập này không? 
 (Nguyên tắc sao chép). 
 - Câu hỏi 3: Để cân một vật thông thường người ta làm cách nào? Ngoài cách 
 đo trực tiếp ra người ta còn đo bằng cách nào khác nếu không có một chiếc 
 cân? (Nguyên tắc linh động). 
 - Câu hỏi 4: Sử dụng sợi dây như thế nào để đo được khối lượng của thuyền? 
 (Nguyên tắc tự phục vụ, linh động). 
 13