CHƯƠNG 1. XÂY DỰNG TÀI LIỆU KIẾN THỨC CƠ HỌC LƯỢNG TỬ CHO MÔN VẬT LÍ BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1. CƠ SỞ XÂY DỰNG HỆ THỐNG KIẾN THỨC CƠ HỌC LƯỢNG TỬ MÔN VẬT LÍ BẬC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1. Một số đặc điểm về tâm lí học của học sinh trung học phổ thông 1.
Hoạt động học tập – hướng nghiệp của học sinh trung học phổ thông Hoạt động học tập - hướng nghiệp là một hoạt động chủ đạo của học sinh trung học phổ thông. Hoạt động này rất quan trọng đối với các em và chi phối hầu hết đến sự hình thành và phát triển nhân cách. Ở tuổi này các em đã hình thành xu hướng nghề nghiệp. Đây là một nét cấu tạo tâm lí mới của học sinh trung học phổ thông.
Nhờ có xu hướng nghề nghiệp mà học sinh có những động lực nhằm thúc đẩy bản thân các em cố gắng học tập và tìm kiếm những phương pháp để rèn luyện bản thân mình. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc chọn nghề của học sinh như ý kiến của phụ huynh, khả năng tự đánh giá bản thân, tác động từ bạn bè, sự hướng dẫn của thầy cô giáo, … Chọn nghề là một công việc có ý nghĩa trong cuộc đời của học sinh, do đó, nhà trường, giáo viên cùng phối hợp với phụ huynh học sinh để định hướng tốt cho các em sau này. [4] Các ngành nghề liên quan đến vật lí ít nhiều đều phải học về cơ học lượng tử. Do đó, việc xây dựng tài liệu tham khảo về cơ học lượng tử để giới thiệu cho học sinh một phần nào đó giúp các em đỡ bỡ ngỡ khi phải học môn này trên giảng đường đại học, cũng như vun đắp thêm cho học sinh niềm đam mê khoa học, không ngừng tìm tòi cái mới.
Hoạt động nhận thức của học sinh trung học phổ thông a. Tri giác Ở lứa tuổi trung học phổ thông, tri giác đã phát triển hơn nhiều. Các em tri giác có chủ định, có mục đích hơn, vừa tri giác vừa suy xét. Học sinh khi tri giác một vấn Luan van 5 đề mới luôn tự đặt ra câu hỏi như “Học làm gì?”, “Có ý nghĩa gì với đời sống?”, “Có liên quan gì đến những cái mình đã học không?”.
[4] Do đó, việc xây dựng tài liệu tham khảo về cơ học lượng tử sẽ dựa trên kiến thức vật lí mà các em đã được giới thiệu, thông qua đó nêu lên những ứng dụng thực tế để các em cảm thấy kiến thức gần gũi hơn với đời sống hằng ngày. Trí nhớ Cũng như tri giác, việc ghi nhớ của học sinh trung học phổ thông là ghi nhớ có chủ định, nó phát triển mạnh mẽ và đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển nhận thức của học sinh. Ngoài ra, việc ghi nhớ có ý nghĩa ở lứa tuổi này phát triển mạnh mẽ và tạo nên tính logic, mang tính hệ thống cao trong nhận thức của học sinh. [4] Do đó, tài liệu về cơ học lượng tử sẽ đưa ra những nội dung chính, những nội dung quan trọng và cơ bản nhất của cơ học lượng tử giới thiệu cho học sinh.
Ngoài ra, cách sắp xếp bố cục cũng sẽ hợp lí để các em có thể nhớ lâu hơn. Hệ thống kiến thức cơ học lượng tử sẽ đưa vào những hình ảnh minh hoạ để học sinh có thể hình dung được bài học dễ dàng hơn. Tư duy Phát triển tư duy cho học sinh là một trong những mục tiêu quan trọng của nền giáo dục hiện nay. Việc phát triển tư duy cho học sinh, đặc biệt là học sinh trung học phổ thông sẽ giúp học sinh phát triển hoàn thiện về nhận thức và tạo ra niềm tin, sự tự tin cho các em khi gặp một vấn đề mới cần được giải quyết.
Ở lứa tuổi trung học phổ thông, tư duy trừu tượng phát triển mạnh và giữ vai trò quan trọng. Ngoài ra, các phẩm chất tư duy như tính độc lập, tính lập luận, tính phê phán, tính linh hoạt, … cũng phát triển mạnh mẽ. Hơn nữa, tư duy lí luận giúp các em có thể giải quyết các vấn đề học tập cũng như làm cơ sở để có thể học tiếp ở bậc học cao hơn, hình thành thế giới quan khoa học ở chính bản thân các em. [4] Do đó, tài liệu cơ học lượng tử sẽ được xây dựng tối ưu để có thể phát triển tư duy cho học sinh, từ đó hình thành thế giới quan khoa học cho các em.
Tài liệu này Luan van 6 sẽ dựa trên kiến thức mà học sinh đã biết và dùng các phương pháp đối chiếu, so sánh, … để đưa ra kiến thức mới. Công cụ toán học ở bậc trung học phổ thông Toán học là một công cụ rất cần thiết cho bộ môn vật lí. Toán học vừa là công cụ để có thể giải quyết những bài toán khó, mặt khác, toán học là một cách thể hiện về mặt kí hiệu của các định luật, định lí của vật lí. Hiểu biết được ý nghĩa toán học sẽ giúp chúng ta hiểu sâu hơn về vật lí từ đó hiểu được thế giới chúng ta nhiều hơn.
Do vậy, toán học là một công cụ không thể thiếu cho việc xây dựng các kiến thức vật lí. Ở Việt Nam, học sinh đã bước đầu làm quen với những con số từ mẫu giáo, và việc học toán đã đi theo các em từ Tiểu học, đến hết bậc Trung học phổ thông. Mỗi cấp bậc cung cấp cho các em các kiến thức toán học cơ bản và càng nâng cao hơn cả các bậc học khác. Xét ở bậc trung học phổ thông, toán học đã tách thành ba mảng khác nhau để các em có thể phân biệt được: Đại Số, Giải Tích và Hình học.
Các em được giới thiệu rất nhiều về các kiến thức toán học cơ bản như hàm số, đồ thị hàm số và các ý nghĩa của hàm số. Các tính chất của hàm số như tính liên tục, tính đồng biến, nghịch biến. Hàm số mà các em đã được giới thiệu là một phần quan trọng của cơ học lượng tử, các em cần các kiến thức này để có thể liên hệ với hàm sóng. Ngoài ra, các em còn được học về đạo hàm, tích phân, vi phân, đây cũng là những phần toán học quan trọng và rất hữu ích cho đời sống, cũng như trong vật lí nói riêng.
Hầu hết các toán tử trong vật lí ít nhiều đều liên quan đến đạo hàm của hàm số (toán tử xung lượng, toán tử moment động lượng, …). Do đó, các em đã có cơ sở về các phép tính giải tích để phần nào hiểu biết rõ hơn về cơ học lượng tử. Tính đến lớp 12, các em cũng đã được làm quen đến số mũ, hàm e mũ và các công thức lượng giác cơ bản. Như vậy, nhìn chung, bậc trung học phổ thông đã cung cấp cho học sinh các công cụ cần thiết cho việc học vật lí ở mức độ cơ bản.
Nhưng để có thể học tốt cơ học lượng tử, các em cần phải dùng đến công cụ toán mới là toán tử. Toán tử là một công cụ toán khó dùng và học sinh chưa được giới thiệu ở bậc trung học phổ thông. Do đó, trong giới hạn của tài liệu tham khảo cơ học Luan van 7 lượng tử này sẽ không đề cập đến các bài toán cũng như công thức toán học khó nhằn, tài liệu chỉ đề cập tới những vấn đề định tính để giới thiệu một cách cơ bản nhất về cơ học lượng tử cho học sinh. Một số kiến thức vật lí ở bậc trung học phổ thông 1.
Một số kiến thức phần cơ học Cơ học là một phần rộng và rất khó trong vật lí học, đây lại là nền tảng kiến thức cho các phần khác. Do đó, trong việc giảng dạy vật lí, cơ học luôn được quan tâm và giành được thời lượng khá nhiều để giới thiệu cho học sinh. Các lí thuyết cơ học đại cương được giới thiệu cho các em qua các khối lớp như lớp 6, lớp 8 và lớp 10. Lên tới lớp 12, cơ học vẫn được chương trình vật lí giới thiệu nhưng ở mức độ cao hơn bao gồm các chuyển động phức tạp, các ứng dụng thực tiễn.
Nhưng, có thể nói, phần cơ học lớp 10 đã bao hàm và nâng cao hơn phần cơ học của lớp 6 và lớp 8. Trong đó, có một số kiến thức quan trọng cần được các học sinh ghi nhớ như khái niệm chất điểm, ba định luật Newton, sự bảo toàn và chuyển hoá năng lượng. Khái niệm chất điểm Mở đầu phần Cơ học lớp 10 là chương “Động học chất điểm”, chương này sẽ giúp học sinh khảo sát chuyển động của một chất điểm khi chưa quan tâm đến nguyên nhân gây ra chuyển động. Như vậy, khái niệm chất điểm sẽ được nhắc đến đầu tiên và sẽ theo sát học sinh cho đến hết lớp 12.
Theo sách giáo khoa Vật lí lớp 10, chất điểm được định nghĩa như sau “Một vật chuyển động được coi là một chất điểm nếu kích thước của nó rất nhỏ so với độ dài đường đi (hoặc so với những khoảng cách mà ta đề cập đến).” Khái niệm chất điểm giúp các em dễ dàng tiếp cận về sự vật và hiện tượng. Lúc này, các em không cần quan tâm đến hình dạng của vật thể như thế nào, mà chỉ cần quan tâm đến sự chuyển động của nó. Đây là một khái niệm quan trọng trong cơ học nói chung và trong cơ học lượng tử nói riêng. Do cơ học lượng tử là cơ học của những hạt vi mô, do đó, một cách tương tự, các hạt vi mô này có thể được xem là chất điểm, và cũng do đó, một số tính chất về chuyển động của chất điểm có thể áp dụng cho các hạt vi mô này.
Ba định luật Newton Ba định luật Newton được xem là ba định luật nền tảng của cơ học cổ điển cũng như vật lí học cổ điển. Ba định luật này giải thích được nhiều vấn đề liên quan đến chuyển động trong đời sống. Chương trình giới thiệu các định luật Newton trong ở lớp 10, nếu ở chương trình chuẩn thì chỉ giới thiệu vỏn vẹn trong 1 bài với 2 tiết học, nhưng với chương trình nâng cao thì được giới thiệu trong 3 tiết liên tục. Nhìn chung chương trình cũng đã cung cấp đủ hàm lượng kiến thức cơ bản liên quan về ba định luật Newton để các em có thể hiểu được về cách phát biểu cũng như hiện tượng.