Tài liệu Vận dụng triz vào dạy học bài tập quy luật di truyền (sinh học 12)

i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HOÀNG THANH TÂM VẬN DỤNG TRIZ VÀO DẠY HỌC BÀI TẬP QUY LUẬT DI TRUYỀN (SINH HỌC 12) Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học Sinh học Mã số: 60.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Phúc Chỉnh THÁI NGUYÊN – 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực chưa từng được công bố trong một công trình khoa học nào. Tác giả Hoàng Thanh Tâm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS. TS Nguyễn Phúc Chỉnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận văn. Tác giả xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Sinh – KTNN, khoa Sau Đại học trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ tác giả nghiên cứu, học tập và hoàn thành luận văn. Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 04 năm 2013 Tác giả Hoàng Thanh Tâm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii MỤC LỤC Lời cam đoan ................................................................................................................... i Lời cảm ơn ......................................................................................................................ii Mục lục...........................................................................................................................iii Danh mục các bảng ........................................................................................................ v Danh mục các hình......................................................................................................... v Danh mục chữ viết tắt ...................................................................................................vi MỞ ĐẦU........................................................................................................................ 1 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ............. 5 1.1. Tổng quan tài liệu ................................................................................................... 5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu TRIZ trên thế giới .......................................................... 5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu TRIZ trong nước ............................................................ 7 1.2. Cơ sở lý thuyết của TRIZ....................................................................................... 9 1.2.1. Các phương pháp giải quyết vấn đề trước TRIZ .............................................. 9 1.2.2. Lý thuyết giải quyết các vấn đề sáng tạo (TRIZ) ...........................................12 1.2.3. Các yếu tố và quá trình tâm lý ảnh hưởng tới quá trình tư duy sáng tạo......17 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài .....................................................................................22 1.3.1. Điều tra thực trạng dạy – học bài tập quy luật di truyền của giáo viên ở trường phổ thông ..........................................................................................................22 1.3.2. Khả năng giải bài tập quy luật di truyền của HS ở trường phổ thông ........26 CHƢƠNG 2: VẬN DỤNG TRIZ VÀO DẠY HỌC BÀI TẬP QUY LUẬT DI TRUYỀN .....................................................................................................................29 2.1. Các kỹ thuật (nguyên tắc) sáng tạo cơ bản của TRIZ .......................................29 2.2. Các dạng bài tập quy luật di truyền .....................................................................36 2.2.1. Các dạng bài tập về quy luật di truyền của Menđen ......................................36 2.2.2. Bài tập về quy luật di truyền liên kết ...............................................................38 2.2.3. Bài tập về quy luật tác động qua lại giữa các gen...........................................39 2.2.4. Bài tập về quy luật di truyền liên kết giới tính ................................................42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.3. Vận dụng TRIZ vào dạy học bài tập quy luật di truyền (SH 12) .....................43 2.3.1. Sử dụng Algorit để nhận biết dạng bài tập quy luật di truyền .......................43 2.3.2. Vận dụng các nguyên tắc sáng tạo vào hướng dẫn học sinh giải bài tập quy luật di truyền (SH 12) ..................................................................................................45 2.4. Giáo án mẫu ..........................................................................................................50 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ........................................................54 3.1. Mục đích - nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ......................................................54 3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm .......................................................................54 3.1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm ......................................................................54 3.2. Nội dung và phương pháp thực nghiệm .............................................................54 3.2.1. Nội dung thực nghiệm.......................................................................................54 3.2.2. Phương pháp thực nghiệm ................................................................................55 3.3. Kết quả thực nghiệm sư phạm .............................................................................59 3.4. Kết luận chung về thực nghiệm sư phạm ...........................................................64 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ......................................................................................65 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................67 PHỤ LỤC Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Nguyên nhân HS chưa đạt hiệu quả cao khi giải bài tập QLDT............22 Bảng 1.2: Lý do HS cần học cách giải bài tập QLDT ..............................................23 Bảng 1.3: Phương tiện giúp HS học cách giải bài tập QLDT..................................24 Bảng 1.4: Thời gian dạy bài tập QLDT của GV phổ thông .....................................24 Bảng 1.5: Phương pháp giảng dạy bài tập QLDT của GV phổ thông ....................25 Bảng 1.6: Kết quả điều tra khả năng giải bài tập QLDT của HS phổ thông ..........27 Bảng 3.1: Kết quả chọn lớp thực nghiệm và giáo viên thực nghiệm ......................57 Bảng 3.2: Tần suất điểm kiểm tra ...............................................................................60 Bảng 3.3: Tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra.............................................................61 Bảng 3.4: Kiểm định  điểm kiểm tra ......................................................................62 Bảng 3.5: Phân tích phương sai điểm kiểm tra .........................................................63 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Nguồn kiến thức của TRIZ ........................................................................13 Hình 1.2: Sơ đồ khối chương trình giải các bài toán ................................................16 Hình 1.3: Mô hình tính nhạy bén của tư duy .............................................................21 Hình 3.1. Biểu đồ tần suất điểm kiểm tra...................................................................60 Hình 3.2: Đồ thị tần suất hội tụ tiến của các bài kiểm tra.........................................61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Nghĩa của chữ viết tắt 1 ARIZ 2 BT Bài tập 3 ĐC Đối chứng 4 GV Giáo viên 5 HS Học sinh 6 HVG 7 KG 8 9 10 KH NST NTST Kiểu hình Nhiễm sắc thể Nguyên tắc sáng tạo 11 NXB Nhà xuất bản 12 13 PLĐL QL Phân li độc lập Quy luật 14 QLDT Quy luật di truyền 15 THPT Trung học phổ thông 16 TN Thực nghiệm 17 TT Tính trạng 18 TRIZ 19 SH Algorit sáng chế Hoán vị gen Kiểu gen Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch Lý thuyết giải quyết vấn đề sáng tạo Sinh học Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Xuất phát từ nhiệm vụ đổi mới phương pháp dạy học Sinh học ở trường THPT Ngày nay, ở Việt Nam công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước ngày càng được đẩy mạnh. Để thực hiện thành công sự nghiệp này, nhân tố quyết định thắng lợi chính là con người có năng lực dám nghĩ, dám làm trước khó khăn mà thời đại đặt ra. Việc học ngày nay không chỉ là học kiến thức mà còn là học cách học, cách nghĩ, cách phát hiện và giải quyết vấn đề. Những năm gần đây, sự nghiệp giáo dục đã thay đổi mục tiêu: lấy người học là trung tâm, giúp HS phát triển toàn diện. Luật Giáo dục số 38/2005/QH11 ngày 14/ 06/ 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” [1]. Thế nhưng, việc lựa chọn và sử dụng phương pháp dạy học như thế nào để nâng cao chất lượng giảng dạy là một vấn đề không đơn giản, đòi hỏi các nhà giáo dục phải quan tâm đầu tư, nghiên cứu. Trong quá trình học tập, nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy TRIZ với tư cách là phương pháp dạy học có hệ thống đáp ứng được rất nhiều yêu cầu của đổi mới phương pháp dạy học ngày nay. 1.2. Xuất phát từ thực trạng dạy học bài tập quy luật di truyền ở trƣờng phổ thông Chương trình Di truyền học (Sinh học 12) là chương trình khó, đây là chương trình tiếp nối và đi sâu hơn chương trình di truyền học ở lớp 9. Đặc biệt là phần kiến thức về các QLDT và bài tập QLDT. Các dạng bài tập QLDT trong chương trình Sinh học 12 đa dạng và phức tạp hơn các dạng bài tập ở lớp 9. Điều đó, đòi hỏi người học phải nắm vững lý thuyết về QLDT để vận dụng vào giải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 các bài tập. Đồng thời, GV cần rèn luyện cho HS khả năng tư duy logic để giúp các em tư duy có hệ thống trong quá trình giải bài tập. Tuy nhiên, việc phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS khi học sinh học ở các trường phổ thông hiện nay chưa thực sự đạt hiệu quả cao. Đặc biệt là trong quá trình dạy – học cách giải các bài tập di truyền. Nguyên nhân chủ yếu là do GV chọn lựa, phối hợp các phương pháp, biện pháp giảng dạy chưa phù hợp, chưa tạo được nhu cầu học cho HS, phát huy tính sáng tạo để nâng cao khả năng nhận thức và tư duy của bản thân. Để nâng cao hiệu quả dạy học, GV phải nắm rõ cơ sở lý thuyết, tính quy luật của các dạng bài tập và cách giải từng dạng, từ đó lựa chọn phương pháp, biện pháp dạy học cụ thể. Nguyên nhân thứ hai là do hệ thống kiến thức về các cách giải bài tập chưa được cung cấp đầy đủ và có hệ thống cho người học. Việc dạy học bài tập vẫn mang tính chất luyện thi, nhiệm vụ phát triển tư duy sáng tạo cho HS chưa thực sự được chú trọng, HS vẫn còn học và giải bài tập theo lối thụ động. 1.3. Xuất phát từ ƣu điểm của Teoriya Resheniya Izobreatatelskikh Zadatch (TRIZ) Lý thuyết giải các bài toán sáng chế (theo 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. Tiền đề cơ bản 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 để giải một cách có ý thức những bài toán sáng chế. TRIZ được xây dựng như là một khoa học chính xác, có lĩnh vực nghiên cứu riêng, các phương pháp riêng, ngôn ngữ riêng, các công cụ riêng [6], [9], [25]. TRIZ cũng có tính linh hoạt, mềm dẻo: cùng một bài toán, một vấn đề có thể giải theo nhiều cách tùy theo năng lực của người giải, giúp người giải Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 không cảm thấy khó khăn khi đứng trước bài toán, mà muốn giải nó, người giải cũng phải tư duy, suy luận áp dụng cho bài toán cụ thể, và cứ như vậy tư duy HS sẽ phát triển sau mỗi lần giải một bài cụ thể. Các phương pháp giải những bài toán được cụ thể hóa bằng các algorit sáng chế mang lại lợi ích thiết thực cụ thể nhất, đó là đi đến kết quả bài toán chính xác, nhanh chóng, tránh mò mẫm mất nhiều thời gian. Do đó, TRIZ giúp phát huy tính tích cực, tư duy có định hướng của HS [25]. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Vận dụng TRIZ vào dạy học bài tập quy luật di truyền (Sinh học 12)”. 2. Mục tiêu nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của TRIZ để ứng dụng vào trong dạy học bài tập QLDT (SH 12) nhằm nâng cao hiệu quả giải bài tập cho HS. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của TRIZ. - Nghiên cứu lý thuyết, vận dụng TRIZ vào dạy học bài tập quy luật di truyền (Sinh học 12). - Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng phương án đề ra. 4. Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu 4.1. Đối tƣợng nghiên cứu: Lý thuyết giải quyết vấn đề sáng tạo (TRIZ). 4.2. Khách thể nghiên cứu: quá trình dạy học bài tập quy luật di truyền (Sinh học 12). 5. Giới hạn nghiên cứu Áp dụng TRIZ trong dạy học bài tập quy luật di truyền trong nhân (Sinh học 12) ở trường phổ thông. 6. Giả thuyết khoa học Nếu vận dụng tốt TRIZ vào giải bài tập quy luật di truyền để phát triển tư duy sáng tạo của HS sẽ góp phần nâng cao hiểu quả dạy học phần di truyền học (Sinh học 12). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 7. Phƣơng pháp nghiên cứu 7.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết: Sử dụng các phương pháp phân tích, tổng hợp, hệ thống hoá, khái quát hoá nguồn tài liệu lý luận và thực tiễn có liên quan để xây dựng cơ sở lý thuyết cho quá trình nghiên cứu. 7.2. Phƣơng pháp tổng kết kinh nghiệm: Kết hợp lý luận với thực tiễn quan sát, đem lý thuyết TRIZ phân tích vào thực tế và từ phân tích hiệu quả thực tế đến việc vận dụng TRIZ trong dạy học bài tập QLDT. 7.3. Phƣơng pháp điều tra: Tổ chức xin ý kiến GV và HS tại các trường phổ thông bằng các phiếu ý kiến nhằm đánh giá khách quan vấn đề đang nghiên cứu. 7.4. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm: Tổ chức thực nghiệm sư phạm tại trường THPT để kiểm tra tính khả thi của phương án đề ra. Sử dụng phần mềm Excel xử lý các số liệu trước và sau thực nghiệm. 8. Đóng góp của đề tài - Góp phần làm sáng tỏ cơ sở lý thuyết TRIZ và một số nguyên tắc sáng tạo vận dụng trong dạy học bài tập QLDT. - Góp phần giúp HS nhận biết được các dạng bài tập QLDT và định hướng cho HS phương pháp tự giải bài tập có hệ thống và sáng tạo. 9. Cấu trúc của đề tài Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, nội dung chính của đề tài được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý thuyết và thực tiễn của đề tài. Chương 2: Vận dụng TRIZ vào dạy học bài tập QLDT (Sinh học 12). Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tổng quan tài liệu 1.1.1. Tình hình nghiên cứu TRIZ trên thế giới 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 phức tạp của xã hội thì khoa học Ơ-ris-tic lại được nghiên cứu và phát triển. Người có công lớn trong nghiên cứu về TRIZ là Genrich S. Altshuller (1926-1998). Ông bắt đầu nghiên cứu và xây dựng lý thuyết giải các bài toán sáng chế từ năm 1946. Năm 1986, ông cộng tác với Hiệp hội toàn liên bang của các nhà sáng chế và thành lập Phòng thí nghiệm nghiên cứu và áp dụng các phương pháp sáng chế. TRIZ kết hợp một cách chặt chẽ 4 yếu tố: tâm lý, 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 [24], [25]. Trong lĩnh vực giáo dục, đã có nhiều tổ chức, trường học nghiên cứu áp dụng TRIZ để nâng cao hiệu quả dạy và học, nhất là đối với các môn khoa học tự nhiên. TRIZ được đưa vào giảng dạy tại một số trường đại học ở các nước Mỹ, Anh, Nhật, Đức, Tây Ban Nha… Năm 1975, V.G. Razumôpxki với “Phát triển năng lực sáng tạo của HS trong dạy học vật lý trường trung học” đã khái quát hoá ý kiến của nhiều nhà vật lý nổi tiếng về hoạt động sáng tạo, cơ sở lý thuyết của phương pháp phát triển khả năng sáng tạo của HS trong dạy học vật lý. Đồng thời, ông đưa ra Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 “chu trình sáng tạo khoa học” trong nghiên cứu vật lý 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 lý thuyết đến đề xuất thí nghiệm kiểm tra vì không thể sử dụng suy luận logic mà phải dùng trực giác [15]. Năm 1979, M. E. Tultrinxki với “Những bài tập nghịch lý và ngụy biện về vật lý” đã chỉ ra những tình huống có vấn đề mà HS có thể mắc sai lầm khi vận dụng nó vào giải quyết vân đề thông qua các bài tập nghịch lý và ngụy biện hay, gần gũi với cuộc sống [15]. Trong Sinh học, các tác giả trên thế giới chủ yếu nghiên cứu và ứng dụng TRIZ vào giải quyết các vấn đề thuộc lĩnh vực khoa học ứng dụng sinh học đặc biệt là các vấn đề về sinh thái: Người đầu tiên nghiên cứu về TRIZ trong sinh học là Vitaly Timokhov, năm 1996 ông cho xuất bản cuốn sách giới thiệu các khái niệm cơ bản liên quan tới TRIZ và các ví dụ về biện pháp sáng tạo giải quyết các vấn đề từ sinh học: bảo vệ môi trường nhờ tạo năng lượng xanh, cách tiết kiệm năng lượng xanh, phát triển môi trường sinh thái [29], [30]. Năm 2000, Julian FV Vincent và Darrell Mann tiến hành dự án dạy học TRIZ trong sinh học ở đại học. Tác giả giảng dạy lý thuyết TRIZ và 40 nguyên tắc sáng tạo cho 2 sinh viên ngành sinh học và yêu cầu 2 sinh viên này và nhóm sinh viên (8 người) tìm ra các mâu thuẫn cho sáu vấn đề được đưa sẵn và nêu hướng giải quyết các mâu thuẫn đó trong 2 giờ. Kết quả cho thấy: việc vận dụng các nguyên tắc sáng tạo như hệ thống tư duy đã giúp hai sinh viên đưa ra được các giải pháp bổ sung hay trong khi đó các giải pháp của nhóm sinh viên đưa ra đều dựa trên cơ sở kiến thức tự nhiên. Một số nhóm sinh viên đã sử dụng các nguyên tắc sáng tạo để luyện tư duy theo hướng như các bài tập động não thông thường, việc đó làm tư duy của họ trở nên có hệ thống [27]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Năm 2004, Frances Stuart, Darrell Mann, Dr David J Hill với mục đích là để đánh giá việc sử dụng của TRIZ như là một phương tiện để tạo các giải pháp giảm thiểu tác động sinh thái của con người tới môi trường sống của sinh vật, các tác giả đã đưa thông tin sinh thái cho các chuyên gia phi sinh thái được đào tạo về TRIZ, các giải pháp do các chuyên gia về TRIZ đưa ra sẽ được đưa lại cho các nhà nghiên cứu sinh thái để tư vấn, đánh giá cho các biện pháp đã ứng dụng trước đó. Kết quả với 3 vấn đề sinh thái đưa ra các nhà nghiên cứu TRIZ đã đưa ra được 70 giải pháp trong đó đa phần giải pháp được đánh giá là có hiệu quả. Như vậy, TRIZ là phương pháp tạo ra danh sách giải quyết vấn đề về sinh thái [26]. Đa số các nghiên cứu về TRIZ trong sinh học, hướng tới ứng dụng lý thuyết này vào giải quyết các vấn đề khoa học Sinh học mà chưa vận dụng nó vào trong quá trình dạy học ở phổ thông. 1.1.2. Tình hình nghiên cứu TRIZ trong nƣớc Ở Việt Nam, TRIZ được biết đến từ rất sớm do thầy Phan Dũng - người được học trực tiếp từ G.S. Altshuller khóa (1971-1973), sau khi về nước thầy Phan Dũng đã thử nghiệm dạy ở trường đại học tổng hợp Hồ Chí Minh với môn học Phương pháp luận sáng tạo và đổi mới. Năm 1983, Nguyễn Chân, Dương Xuân Bào, Phan Dũng đã nghiên cứu lý thuyết các phương pháp trước phương pháp Algorit như: phương pháp thử sai, phương pháp tập kích não, phương pháp đối tượng tiêu điểm…Đồng thời các tác giả nghiên cứu các trình tự vận dụng TRIZ vào trong giải quyết các vấn đề kĩ thuật và đưa ra 40 thuật sáng chế cơ bản [3]. Năm 2001, Nguyễn Minh Triết 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 lý của con người khi giải quyết các vấn đề thực tiễn trong “Đánh thức tiềm năng sáng tạo” [21]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Từ năm 2002 đến 2009, tác giả Phan Dũng đã nghiên cứu phương pháp luận sáng tạo (giải quyết vấn đề và ra quyết định) áp dụng trong khoa học – kỹ thuật dựa trên nền tảng cơ sở lý thuyết giải quyết vấn đề sáng tạo (TRIZ). Năm 2010, tác giả Phan Dũng đã cho xuất bản bộ sách "Phương pháp luận sáng tạo và đổi mới" gồm 10 tập (do NXB Trẻ ấn hành) trình bày về TRIZ (mở rộng) làm tài liệu cho những ai quan tâm nghiên cứu, tìm hiểu học tập về lĩnh vực Khoa học sáng tạo) [6], [7], [8], [9]. Năm 2005, Nguyễn Cảnh Toàn đã cho xuất bản cuốn sách “Khơi dậy tiềm năng sáng tạo”. Trong sách, một số vấn đề về sáng tạo học được nghiên cứu như: khái niệm, nguồn gốc, cơ sở thần kinh của hoạt động sáng tạo. Nội dung sách cũng chỉ ra cho người giáo viên làm thế nào để dạy học sinh học tập sáng tạo [19]. Một số tác giả đã nghiên cứu ứng dụng hệ thống công cụ của lý thuyết TRIZ vào trong dạy học và chủ yếu vận dụng giảng dạy toán học, tin học, hóa học và vật lý. Năm 2008, Phạm Văn Cường và Nguyễn Thùy Vân đã nghiên cứu về tính chất của tư duy thuật giải và ứng dụng rèn luyện tư duy thuật giải cho HS tiểu học bằng một số dạng toán. Các tác giả đã đưa ra năm khả năng tư duy mà HS có thế đạt được thông qua giải các dạng toán dưới sự hướng dẫn của GV [5]. Năm 2011, Chu Trọng Thanh và Nguyễn Đức Thành đã nghiên cứu các biện pháp phát triển tư duy thuật giải cho sinh viên học giải tích. Theo tác giả, phát triển tư duy thuật giải là phát triển dạng tư duy toán học có liên hệ chặt chẽ với các thao tác tư duy, được sắp xếp theo trình tự nhất định nhằm giải quyết được vấn đề đặt ra. Để nâng cao khả năng tư duy, các tác giả đưa ra ba biện pháp như sau: làm rõ quy trình có tính thuật giải liên quan đến nội dung bài học; chú trọng khai thác các bài tập có yêu cầu vận dụng các quy tắc, thuật toán trong quá trình giải; quan tâm tới các bài toán có dữ liệu cho bằng số thập phân và sử dụng các công cụ kĩ thuật hỗ trợ [17]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Năm 2011, Vũ Thị Minh nghiên cứu và vận dụng các nguyên tắc sáng tạo của TRIZ thiết kế các bài tập sáng tạo trong dạy học phần cơ học (vật lý 10) nhằm giúp HS nâng cao khả năng tư duy sáng tạo, nhận biết và giải các bài tập sáng tạo [15]. Nguyễn Ngọc Anh Thư (2011), vận dụng thuật toán ARIZ là algorit vào trong dạy học hóa học. Cụ thể, tác giả kết hợp sử dụng grap và algorit vào dạy học chương “Hidrocacbon” trong chương trình sách giáo khoa hóa học 11. Tác giả đã xây dựng hệ thống các grap nội dung về các hidrocacbon và vận dụng vào quá trình dạy học bài mới của chương, đồng thời tác giả cũng xây dựng và vận dụng algorit để hướng dẫn HS giải bài tập hidrocacbon và vận dụng vào quá trình thí nghiệm nhận biết các chất hidrocacbon [22]. 1.2. Cơ sở lý thuyết của TRIZ 1.2.1. Các phƣơng pháp giải quyết vấn đề trƣớc TRIZ Trước TRIZ có rất nhiều phương pháp thông dụng nhằm giúp tư duy sáng tạo giải quyết vấn đề và ra quyết định. 1.2.1.1. Phương pháp thử sai Khi gặp vấn đề nào đó, đa số mọi người thường suy nghĩ và áp dụng các ý tưởng giải quyết vấn đề có sẵn trong trí nhớ. Sau khi thử phương án này không được họ sẽ chuyển sang các phương án khác. Kiến thức và kinh nghiệm riêng của người giải đã đưa họ đi theo con đường nhất định đã hình thành trong quá khứ. Nếu tất cả phương án mà người giải đưa ra trước vấn đề đều không giải quyết được, người giải sẽ rơi vào trạng thái mất tự tin, việc lựa chọn phương pháp được tiến hành theo kiểu mò mẫm, cuối cùng nếu may mắn có một phương án trong đó đúng. Dần dần, con người cũng dần hình thành các thủ thuật bắt chước các sản phẩm mẫu trong thiên nhiên, áp dụng cùng cách giải quyết với các bài toán gần giống nhau. Nhờ quan sát, con người ngày càng hiểu biết hơn, nhưng đồng thời cũng xuất hiện nhiều bài toán Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 và nhiều vấn đề mới phức tạp hơn, để đi đến lời giải cần nhiều phương án thử hơn. Phương pháp thử sai lúc này không còn hiệu quả nữa, thay vào đó người ta cần tìm các phương pháp khác để tạo được nhiều phương án độc đáo, sáng tạo [3], [6], [9], [15]. 1.2.1.2. Phương pháp tập kích não (Methods of brain) Phương pháp tập kích não do A. Osborn, người Mỹ đưa ra những năm 40. Phương pháp này có mục đích nhằm thu hoạch những ý tưởng giải toán cho trước bằng cách làm việc tập thể. A. Osborn nhận thấy những người giàu trí tưởng tượng lại hay yếu về mặt phân tích, phê phán. Ngược lại, có những người giỏi phân tích phê phán ý tưởng sẵn có của người khác hơn là tự mình tạo ra ý tưởng mới. Nhưng nếu để hai nhóm người này làm việc chung lại không tạo ra hiệu quả. A. Osborn đã tách họ ra thành hai đội có quá trình làm việc riêng rẽ. Trong giai đoạn đầu, nhóm người có khả năng tưởng tượng tốt sẽ đưa ra các phương án, ý tưởng về giải quyết một vấn đề nào đó bao gồm cả ý tưởng viễn tưởng, các ý tưởng này được ghi lại trên giấy, quá trình này gọi là quá trình phát ý tưởng. Sau đó, nhóm thứ hai sẽ rà soát, đánh giá từng ý tưởng và chọn phương án khả thi nhất, quá trình này gọi là quá trình đánh giá ý tưởng. Phương pháp này sử dụng nhiều phép thử khác nhau nhằm tìm được các lời giải mới [3],[6], [15]. 1.2.1.3. Phương pháp đối tượng tiêu điểm (Method of focal objects) Phương pháp này do F. Kunze (Đức) đưa ra dưới dạng ban đầu với tên gọi là phương pháp danh mục (năm 1926). Vào những năm 50, phương pháp này được C. Waiting (Mỹ) hoàn thiện. Đây là phương pháp phát ý tưởng nhờ việc chuyển giao những dấu hiệu của đối tượng thu thập ngẫu nhiên cho đối tượng nghiên cứu (đối tượng tiêu điểm): chọn ngẫu nhiên các đối tượng trong sách báo, từ điển…sau đó lấy tính chất của các đối tượng ngẫu nhiên này gắn cho đối tượng mà ta đang cần quan tâm. Phương pháp này cho phép nhanh chóng tìm ra những ý tưởng mới đối với việc cải tiến sản phẩm. Nó được dùng trong dạy học để luyện tập và phát triển trí tưởng tượng [3],[6], [15]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 1.2.1.4. Phương pháp phân tích hình thái (Morphological analysis) Phương pháp này do F. Zwicky đưa ra năm 1942. Nội dung phương pháp: người ta liệt kê tất cả các đặc trưng của đối tượng, mỗi đặc trưng là một cột sau đó liệt kê tất cả các phương án cải tiến có thể có cho từng đặc trưng. Sau đó người ta kết hợp mỗi phương án ở từng cột với nhau để tạo ra các phương án cải tiến cho đối tượng. Mục đích của phương pháp này là đưa ra và nghiên cứu tất cả các phương án một cách có hệ thống về nguyên tắc, bằng việc phân đối tượng thành từng phần, đa dạng hóa chúng rồi kết hợp trở lại nhằm bao quát được những phương án bất ngờ, độc đáo mà chúng có thể bị bỏ quên trong phương pháp thử và sai. Song do kiểu kết hợp đó nên phương pháp này có thể có rất nhiều phương án mà không thể đánh giá hết được [3], [6], [15]. 1.2.1.5. Phương pháp các câu hỏi kiểm tra (Method of control question or check - listing method) Từ những năm 20 của thế kỉ này, nhiều người đã đưa ra các loại danh sách câu hỏi. Mục đích của việc đưa ra các câu hỏi kiểm tra là giúp người giải: + Đừng sa đà vào lối nghĩ quen thuộc và quên đi các hướng có thể khác. + Cho những lời khuyên sử dụng các thủ thuật, phương pháp, các gợi ý và các kinh nghiệm sáng tạo [3], [15]. 1.2.1.6. Phương pháp kết hợp mạnh (Strong association methods) Phương pháp này do U.Gordon phát triển lên từ phương pháp tập kích não vào năm 1960. Cơ sở của phương pháp này vẫn là tập kích não nhưng những người trong nhóm ra ý tưởng phải bắt buộc sử dụng bốn thủ thuật đặc biệt theo nghĩa “tương tự”. Tương tự trực tiếp: các bài toán tương tự như bài toán đã cho đã được giải quyết như thế nào? Tương tự phân thân (phép thấu cảm): đặt mình vào vị trí, hoàn cảnh của đối tượng đang xem xét sau đó mới suy luận. Tương tự tượng trưng: hãy dùng hình ảnh phát biểu bản chất một vấn đề một cách ngắn gọn trong vài từ. Tương tự tưởng tượng: các nhân vật thần thoại sẽ giải bài toán, vấn đề này như thế nào [3]? Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 Phương pháp này rất ngắn gọn, dễ hiểu, chỉ cần nghe qua hoặc thực tập một lần là có thể vận dụng được. Phương pháp này đến nay vẫn được dùng phổ biến tại Mỹ. Tuy nhiên, các phương pháp trên đều chủ yếu dựa vào cách tiếp cận tâm lý hoặc do kinh nghiệm của người sử dụng chúng. Các phương pháp này không bắt đầu từ những quy luật phát triển khách quan của hệ thống tư duy, kỹ thuật và không lợi dụng được các điểm mấu chốt, đặc thù của các dạng bài toán nên hiệu quả tư duy sáng tạo của các phương pháp này không cao và khó áp dụng với các bài toán, vấn đề yêu cầu tính sáng tạo cao. Ngược lại, TRIZ hiệu quả hơn các phương pháp cũ bởi tính khoa học. TRIZ đã khoa học – công nghệ hóa lĩnh vực tư duy sáng tạo giải quyết vấn đề và ra quyết định, coi nó tương tự như các môn khoa học khác. 1.2.2. Lý thuyết giải quyết các vấn đề sáng tạo (TRIZ) 1.2.2.1. Tính khoa học của TRIZ Khi G.S. Alshuller bắt đầu xây dựng phương pháp TRIZ, ông chọn hướng tiếp cận sáng tạo như một môn khoa học, muốn tiếp cận sự sáng tạo cần đi tìm các quy luật sáng tạo. Do đó, TRIZ được đặt nền móng triết học là phép duy vật biện chứng. Đi tìm sự sáng tạo là đi tìm sự phát triển, sự phát triển ở đây phải tạo ra cái mới tốt hơn cái cũ. Xã hội ngày càng phát triển và thế giới sống cũng không ngừng tiến hóa, điều này kích thích nhu cầu tìm tòi, khám phá các yếu tố mới, các quy luật mới của con người. Đồng thời, con người cũng nhận thấy sự phát triển của xã hội hiện đại gắn liền với sự phát triển của các công cụ, phương tiện lao động. Các công cụ lao động ngày càng hoàn thiện được sáng chế, chế tạo dựa trên các phát minh khoa học có liên quan tới quy luật khách quan. Như vậy, việc nghiên cứu các quy luật khách quan về sự phát triển của sự vật, hiện tượng tự nhiên sẽ giúp sáng chế ra hệ thống các công cụ sáng tạo và giúp cho mọi việc trở nên dễ dàng hơn. Các quy luật tâm – sinh lý cũng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 được nghiên cứu và chủ yếu là cơ sở tâm – sinh lý của quá trình tư duy nhằm điều khiển được các yếu tố tư duy phát ra các ý tưởng sáng tạo và đổi mới tư duy theo hướng nghiên cứu các quy luật khách quan về quy luật phát triển sự vật chứ không phải tạo ra các ý tưởng bị chi phối bởi các yếu tố tâm – sinh lý chủ quan [9], [25]. TRIZ được xây dựng dựa trên sự kế thừa và sử dụng các nguồn kiến thức là thành tựu của nhiều bộ môn khoa học và kĩ thuật. Hình 1.1: Nguồn kiến thức của TRIZ (Nguồn Phan Dũng) Bên cạnh đó, TRIZ còn thể hiện tính khoa học ở hướng tiếp cận hệ thống, tức là các yếu tố, thành phần trong mỗi sự vật, sản phẩm hay vấn đề đều có liên quan và tác động lẫn nhau và mỗi sản phẩm đều có lịch sử, xu hướng phát triển dựa trên sự kế thừa ưu điểm của cái cũ và hạn chế hoặc loại Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn