Xây Dựng Tài Liệu Tham Khảo Cơ Học Lượng Tử Cho Học Sinh Trung Học Phổ Thông

Vật lý hiện đại đóng góp vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Cơ học lượng tử là nền tảng cho vật lý hiện đại. Các kiến thức vật lý lượng tử đang được mọi người chú ý, đặc biệt là cơ học lượng tử. Chương trình học môn vật lý bậc THPT hiện nay chỉ dừng lại ở việc cung cấp các kiến thức vật lý ở mức độ cổ điển. Các kiến thức này đã được phát triển và được đưa vào giảng dạy từ rất nhiều năm trước.

Các kiến thức vật lý 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 lý 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.

Hiện nay, chưa có một tài liệu nào để cung cấp kiến thức cơ học lượng tử bậc THPT. 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.

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 là 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.

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.

Ở lứa tuổi THPT, 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 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?”. 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.

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.

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).”

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.

Máy tính lượng tử là một ứng dụng của vật lý hiện đại đang rất được quan tâm, được đánh giá là một “bước nhảy vọt” của công nghệ thông tin thế kỉ XXI. [5] Như vậy, các kiến thức vật lý hiện đại đang được mọi người tập trung chú ý tới, đặc biệt là cơ học lượng tử – kiến thức nền tảng cho vật lý hiện đại.

Nhờ các lý 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.