PHẦN MỞ ĐẦU I. Giới thiệu tổng quan Thế giới chúng ta đã và đang trải qua bốn cuộc cách mạng công nghiệp lớn. Các cuộc cách mạng công nghiệp này ít nhiều đều liên quan đến lĩnh vực vật lí. Trong đó, vật lí hiện đại đã đóng góp một phần quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp lần Thứ Tư.
Điều này đã một phần khẳng định rằng vật lí ngày càng mở rộng và ngày càng phát triển lớn mạnh, đi sâu vào đời sống thường ngày của mọi người. Điển hình như máy tính lượng tử, một ứng dụng của vật lí hiện đại đang rất được quan tâm, được đánh giá là một “bước nhảy vọt” của công nghê thông tin thế kỉ XXI. [5] Như vậy, các kiến thức vật lí hiện đại đang được mọi người tập trung chú ý tới, đặc biệt là cơ học lượng tử – kiến thức nền tảng cho vật lí hiện đại. Chương trình học môn vật lí bậc trung học phổ thông hiện nay chỉ dừng lại ở việc cung cấp các kiến thức vật lí ở mức độ cổ điển.
Các kiến thức này đã được phát triển và được đưa vào giảng dạy từ rất nhiều năm trước. Ngày nay, cùng với mạng xã hội và các thiết bị công nghê thông tin, học sinh có thể dễ dàng tiếp cận các kiến thức vật lí này. Trong khi đó, các kiến thức vật lí hiện đại, cụ thể là cơ học lượng tử đang rất được quan tâm vì có nhiều sản phẩm và giải pháp hiện đại phục vụ đời sống và khoa học kỹ thuật, tiêu biểu như máy tính lượng tử, kính hiển vi quét xuyên hầm lượng tử, … Nhờ các lí thuyết cơ học lượng tử mà chúng ta có thể hiểu hơn và giải thích rõ hơn về các quy luật, hiện tượng vật lí liên quan. Đồng thời, các lý thuyết này cũng giúp con người hiểu biết hơn về thế giới và cuộc sống.
Nhìn chung, cơ học lượng tử đang đóng một vai trò không nhỏ đối với khoa học kĩ thuật và đời sống nhưng chương trình môn Vật lí ở Việt Nam hiện tại vẫn chưa đề cập tới các kiến thức này. Nên điều cấp thiết là phải giới thiệu được cho học sinh những kiến thức vật lí hiện đại, đặc biệt là cơ học lượng tử, một cách đơn giản nhất để giúp học sinh vừa tiếp cận được những điều mới, vừa có thể tạo nên niềm yêu thích khoa học ở mỗi học sinh. Việc truyền tải một số kiến thức vật lí hiện đại, bao gồm cơ học lượng tử đã được nền giáo dục của nhiều quốc gia phát triển quan tâm. Đã có nhiều công trình nghiên cứu để đưa cơ học lượng tử đến gần hơn với trẻ em, tiêu biểu cho các tác phẩm 2 này gồm có “Quantum Mechanics for Babies” (tạm dịch: Cơ học lượng tử cho Trẻ nhỏ), “Quantum Computing for Babies” (tạm dịch: Điện toán lượng tử cho Trẻ nhỏ), “Quantum Entanglement for Babies” (tạm dịch: Vướn víu lượng tử cho Trẻ nhỏ) và nhiều sách khác của tác giả Chris Ferrie.
Trong đó, sách “Quantum Mechanics for Babies” chỉ đơn thuần giúp cho các bé biết rằng thế giới nguyên tử luôn chuyển động liên tục. Tác giả giới thiệu một cách hài hước, dễ hiểu với những hình vẽ minh hoạ để trẻ nhỏ có thể biết một phần nào đó về vật lí hiện đại. Nhưng, kiến thức mà các tác phẩm này cung cấp chỉ dừng lại ở mức độ đơn giản, vì đối tượng nhắm đến là các em nhỏ. Và hiện nay, chưa có một tài liệu nào để cung cấp kiến thức cơ học lượng tử bậc trung học phổ thông.
Một cuộc khảo sát nhỏ được diễn ra để hỏi thăm ý kiến của học sinh và giáo viên về sự mong muốn tài liệu này (phiếu khảo sát được cung cấp ở phụ lục 1 và phụ lục 2), kết quả cho thấy học sinh có mong muốn được tìm hiểu thêm các ứng dụng liên quan đến cơ học lượng tử, từ đó, các em muốn đọc thêm tài liệu để có thể mở mang kiến thức. Trước thực tế đó, việc xây dựng một tài liệu tham khảo về kiến thức vật lí hiện đại, cụ thể hơn là cơ học lượng tử là một điều cần thiết. Do vậy, nghiên cứu này tập trung xây dựng nội dung cho tài liệu tham khảo về cơ học lượng tử cơ bản cho học sinh trung học phổ thông. Mục tiêu thực hiện của đề tài Xây dựng được một tài liệu tham khảo về cơ học lượng tử ở mức độ cơ bản cho học sinh trung học phổ thông.
Giả thuyết khoa học Nếu chỉ ra và sử dụng được các đặc điểm cần thiết của các kiến thức cơ học lượng tử cho học sinh Trung học Phổ thông thì sẽ xây dựng được tài liệu tham khảo về cơ học lượng tử cho bậc Trung học Phổ thông một cách phù hợp với nhận thức của học sinh; góp phần cập nhật các kiến thức vật lí hiện đại; cung cấp được một số ứng dụng trong đời sống và khoa học kĩ thuật; vun đắp thêm niềm đam mê khoa học cho học sinh. Đối tượng nghiên cứu Những kiến thức cơ học lượng tử, các ứng dụng của cơ học lượng tử và đặc điểm tâm lí, nhu cầu nhận thức của học sinh trung học phổ thông. Phạm vi nghiên cứu Địa bàn nghiên cứu: Học sinh, sinh viên và giáo viên thuộc thành phố Hồ Chí Minh. Nội dung nghiên cứu: Tâm lí học sinh, nội dung kiến thức cơ học lượng tử, các ứng dụng cơ học lượng tử.
Nhiệm vụ nghiên cứu − Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu các kiến thức cơ học lượng tử và viết lại một cách đơn giản, dễ hiểu; sắp xếp theo một trình tự hợp lí, logic. − Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu cơ sở xây dựng tài liệu tham khảo kiến thức (đặc điểm tâm sinh lí, công cụ toán, kiến thức vật lí). − Nhiệm vụ 3: Tìm hiểu cách xây dựng tài liệu tham khảo kiến thức (cơ sở, quy trình). − Nhiệm vụ 4: Viết tài liệu.
− Nhiệm vụ 5: Chỉnh sửa các sai sót. Hoàn thiện sản phẩm. − Nhiệm vụ 6: Khảo sát, đánh giá sản phẩm. Phương pháp nghiên cứu − Phương pháp phân tích và tổng hợp lí thuyết.
− Phương phân loại hệ thống hoá lí thuyết. − Phương phân tích và tổng hợp kinh nghiệm. − Phương pháp kiểm tra, đánh giá. 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 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.