Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011

15

TÍCH HỢP LÝ THUYẾT TRIZ TRONG DẠY HỌC DỰ ÁN VỀ CÁC ỨNG
DỤNG CỦA VẬT LÍ TRONG KỸ THUẬT - MỘT PHƯƠNG PHÁP HIỆU QUẢ
ĐỂ RÈN TƯ DUY KỸ THUẬT CHO SINH VIÊN
Đỗ Hương Trà. Khoa Vật lí, ĐH Sư phạm Hà Nội
Nguyễn Thanh Nga. Đại học GTVT (cơ sở 2)
Mở đầu: Dạy học dự án (DHDA) là một hình thức dạy học quan trọng để thực hiện
quan điểm dạy học định hướng vào người học, quan điểm dạy học định hướng hoạt động
và quan điểm dạy học tích hợp. DHDA góp phần gắn lý thuyết với thực hành, tư duy
và hành động, nhà trường và xã hội, tham gia tích cực vào việc đào tạo năng lực làm việc
tự lực, năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp, đề cao thần trách
nhiệm và khả năng cộng tác làm việc của người học.
Lý thuyết giải các bài toán sáng chế (theo tiếng Nga là Теория решения
изобретательских задач, viết tắt là TRIZ, hay tên tiếng Anh là Theory of Inventive
Problem Solving ) 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, rất thích hợp với việc
dạy học các ứng dụng của vật lí trong kỹ thuật, đặc biệt đối với việc rèn tư duy kỹ thuật cho
sinh viên ngành kỹ thuật.
Trong dạy học vật lí, TRIZ có vai trò quan trọng, nó giúp người học dễ tìm ra các
phương pháp giải quyết vấn đề, các biện pháp kỹ thuật, cách xử lý các khó khăn trong thực
tế. Đặc biệt, đối với sinh viên ngành kỹ thuật, TRIZ có thể được vận dụng để rèn tư duy
kỹ thuật cho sinh viên. Bài báo trình bày kết quả dạy học dự án tích hợp lý thuyết
TRIZ khi dạy học về các ứng dụng của vật lí trong kỹ thuật.
1. Cơ sở của việc tích hợp lý thuyết giải các bài toán sáng chế (TRIZ) trong dạy học
dự án
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 (bao gồm các hoạt động sáng tạo hoặc đổi mới).

b. Nguyên tắc chứa trong
(a) Một đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối
tượng thứ ba …
(b) Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác
c. Nguyên tắc tự phục vụ
(a) Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ,…
(b) Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lượng dư.
d. Nguyên tắc vạn năng
Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của
các đối tượng khác.
e. Nguyên tắc phân nhỏ
(a) Chia đối tượng thành các phần độc lập.
(b) Làm đối tượng trở nên tháo lắp được.
(c) Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng.
Việc giải các bài toán sáng chế có thể được tiến hành thuận lợi trong dạy học dự
án (DHDA). Với DHDA, người học thực hiện một nhiệm vụ học tập phức hợp, có sự
kết hợp giữa lí thuyết và thực tiễn. DHDA nhấn mạnh tư duy sáng tạo giải quyết vấn
đề và ra quyết định của người học trong tất cả các giai đoạn thực hiện dự án nhằm giải
quyết các vấn đề gắn với thực tiễn [1]. Điều này sẽ rất có lợi đối với người học nếu họ
vận dụng các thuật toán giải các bài toán sáng chế để nghiên cứu các ứng dụng của vật
lí trong kĩ thuật
2. Triz với việc phát triển tƣ duy kĩ thuật cho sinh viên ngành kỹ thuật
2.1. Tư duy kỹ thuật và bài toán kỹ thuật
Tư duy kỹ thuật là sự phản ánh khái quát các nguyên lý kỹ thuật, các quá trình kỹ
thuật, hệ thống kỹ thuật nhằm giải quyết một nhiệm vụ trong thực tiễn liên quan đến
ngành nghề kỹ thuật. Đó là loại tư duy xuất hiện trong lĩnh vực lao động kỹ thuật

Đỗ Hương Trà. Khoa Vật lí, ĐH Sư phạm Hà Nội ;Nguyễn Thanh Nga. Đại học GTVT (cơ sở 2)



c. Rèn luyện và phát triển tư duy kỹ thuật
Tư duy kĩ thuật có thể bao gồm:
a.So sánh: nhằm phân biệt được sự giống nhau và khác nhau về tính chất của các đối
tượng cần so sánh
b.Sắp xếp: nhận biết các mối liên hệ về tính chất giữa các đối tượng, nhóm với nhau
c. Cụ thể hóa: áp dụng những cái tổng thể để triển khai một đối tượng cụ thể nào đó
d. Phân loại: sắp xếp các đối tượng thành một nhóm hoặc các nhóm khác nhau tùy tính
chất của các đối tượng
e. Khái quát hóa: tổng hợp những thành phần cơ bản chung nhất lại và loại bỏ những yếu
tố không cơ bản
f. Tương tự hóa: nhận thấy các cấu trúc giống nhau của các hiện tượng hoặc sự vật.

Đỗ Hương Trà. Khoa Vật lí, ĐH Sư phạm Hà Nội ;Nguyễn Thanh Nga. Đại học GTVT (cơ sở 2)


Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011

18

Trong quá trình thực hiện các hoạt động kĩ thuật, các nguyên tắc sáng tạo
trong kỹ thuật của TRIZ sẽ là những cơ sở định hướng hữu hiệu để giải quyết các bài toán
sáng chế. Mặt khác, cùng với việc vận dụng các nguyên tắc của TRIZ, tư duy kĩ thuật sẽ
được rèn luyện và phát huy.
3. Kết quả thu được
Nghiên cứu được tiến hành trong 2 tuần đối với sinh viên năm thứ nhất khoa
Công trình, trường Đại học giao thông năm học 2010 - 2011
Xuất phát từ câu hỏi: “Việc tìm hiểu các kiến thức về Từ trường và Cảm ứng
điện từ có vai trò quan trọng như thế nào đối với sự phát triển của khoa học kỹ thuật” đã
dẫn dắt sinh viên thảo luận, hình thành các ý tưởng ban đầu về các dự án.
Trên cơ sở các ý tưởng do sinh viên đề xuất, họ được quan sát một số hình ảnh


Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011

19

Trong đường hầm thường rất tối nếu không có đủ hệ thống chiếu sáng sẽ gây khó khăn cho các phương tiện giao
thông qua đường hầm, dễ xảy ra tai nạn trong đường hầm, gây ách tắc giao thông, kẹt xe.. ở bên trong đường hầm, điều
này cực kỳ nguy hiểm. Vậy phải giải quyết và ngăn ngừa vấn đề này bằng cách nào?

Hoàn thiện hệ thống cung cấp điện thắp sáng trong đường hầm
Nghiên cứu đặc điểm của đường hầm hệ thống thông gió, không khí bên trong đường hầm nhiệt độ
bên trong đường hầm…
Nghiên cứu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện chạy bằng sức gió
Thu thập thông tin, tìm hiểu về hệ thống phá t điện chạy bằng sức gió: cánh quạt tu bin, bộ truyền
động...
Vận dụng kiến thức để thiết kế hệ thống phát điện chạy bằng sức gió bố trí trong đường hầm
Trong đường hầm cần có một hệ thống chiếu sáng để đảm bảo an toàn giao thông,
nếu trường hợp hệ thống dẫn điện đến đường hầm bị sự cố cần phải có một hệ thống
phát điện thay thế tạm thời
Theo lý thuyết cứ đào sâu vào trong lòng đất 3m thì nhiệt độ lại tăng lên 10 C .Cộng
với nhiệt lượng mà các phương tiện lưu thông qua hầm toả ra tạo nên một nguồn
năng lượng khá lớn. Ta có thể lợi dụng nguồn năng lượng này để tạo ra nguồn điện
cung cấp tạm thời cho đường hầm
Máy phát điện hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ, gồm có khung dây và
nam châm. Tua bin của máy phát điện được gắn với cánh quạt bố trí trên các lỗ thông
gió của đường hầm.
Bố trí trạm máy biến áp để biến đổi điện áp của máy phát điện, cung cấp điện cho hệ
thống chiếu sáng bên trong đường hầm

Bằng việc thu thập thông tin thực tế và vận dụng kiến thức đã học có thể thiết kế mô hình hệ thống phát điện chạy bằng

- Trong hầm gió lúc nào cũng nhiều do chênh lệch áp suất bên trong và bên ngoài.
- Các núi ở nước ta một bên gió rất mạnh (do vị trí địa lý).
- Gió đi lên cao khi di chuyển vào trong hầm
- Các khí trong hầm thường là khí độc, nên hầm nào cũng cần có hệ thống thông gió Nhiệt độ trong hầm lúc nào cũng nóng hơn bên ngoài...
Điều thành công nhất trong dự án là đã xây dựng được mô hình hệ thống phát điện
bằng sức gió lấy từ bên trong đường hầm, hệ thống phát điện này sẽ cung cấp điện liên tục
chiếu sáng bên trong đường hầm, tiết kiệm một khoản chi phí rất lớn và bảo đảm an toàn
giao thông cho các phương tiện lưu thông qua đường hầm.

(1)- Luồng gió thoát ra trong đường hầm làm quay tua bin máy phát điện
(2)- Luồng gió nóng bốc lên trong đường hầm và luồng gió do các phương tiện lưu
thông gây ra
(3)- Trạm đặt hệ thống cánh quạt làm quay tua bin máy phát và trạm đặt máy phát
(4)- Cột thông gió của đường hầm
(5)- Trạm đặt máy biến áp để cung cấp điện cho hệ thống đèn chiếu sáng trong đường
hầm
(6)- Hệ thống máy hút gió từ bên ngoài vào trong đường hầm
(7)- Hệ thống trụ điện
(8)- Hệ thống dây dẫn
(9)- Hệ thống bóng đèn thắp sáng đường hầm
Sinh viên đã tìm hiểu nguyên tắc cấu tạo và hoạt động của hệ thống máy phát
điện chạy bằng sức gió, từ đó tìm cách bố trí hệ thống cánh quạt làm quay tua bin máy
phát điện. Bên cạnh đó, họ cũng phân tích được ưu, nhược điểm và những khó khăn
gặp phải như chi phí ban đầu khi tiến hành xây dựng công trình thực tế cho các đường
hầm. Tuy nhiên lợi ích của công trình này thì rất lớn, cả về mặt an toàn cho các

Đỗ Hương Trà. Khoa Vật lí, ĐH Sư phạm Hà Nội ;Nguyễn Thanh Nga. Đại học GTVT (cơ sở 2)


Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011

nhiệm vụ dự án, các nhóm đều đưa ra được giải pháp và thực hiện được giải pháp, điều
đó chứng tỏ sinh viên bước đầu hình thành năng lực giải quyết vấn đề.
Kết quả thu được từ 6 nhóm cũng thể hiện được sự chủ động tích cực, sáng tạo
trong học tập. Quá trình thực hiện sản phẩm dự án, buộc sinh viên phải so sánh, sắp xếp,
phân loại, sử dụng tương tự và khái quát hóa các vấn đề về kĩ thuật, như vậy tư duy kĩ
thuật của họ đã được rèn luyện tốt. Ngoài ra dạy học dự án đã phát triển được các kĩ năng
trong cuộc sống như kĩ năng giao tiếp, kĩ năng làm việc nhóm, kĩ năng tìm kiếm và đánh
giá thông tin, kĩ năng thực hành giỏi…..
4. Kết luận
Với những kết quả rất tích cực từ phía người học, việc tích hợp lý thuyết giải
các bài toán sáng chế trong quá trình tổ chức dạy học dự án các ứng dụng kỹ thuật của
vật lí mở ra hướng áp dụng dạy học dự án tích hợp lý thuyết TRIZ cho một số nội

Đỗ Hương Trà. Khoa Vật lí, ĐH Sư phạm Hà Nội ;Nguyễn Thanh Nga. Đại học GTVT (cơ sở 2)


Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011

22

dung có nhiều ứng dụng thực tiễn, nhất là môn vật lí đại cương trong các trường đại học
kỹ thuật. Đây cũng là một trong những con đường rèn tư duy kĩ thuật.
Tài liệu tham khảo
1. Đỗ Hương Trà. Dạy học dự án và tiến trình thực hiện. Tạp chí GD số 157/2007.
Trang 12-14, 23.
2. Nguyễn Thanh Nga, Đỗ Hương Trà. Tổ chức dạy học dự án một số nội dung kiến thức
Vật lí đại cương ngành kỹ thuật trường đại học GTVT. Tạp chí Thiết Bị Giáo Dục, số
55/2010, trang 12-15.
3. Phan Dũng. Phương pháp luận sáng tạo. Nhà xuất bản trẻ. 2010
4. Nguyễn Văn Tuấn. Phương pháp dạy kỹ thuật chuyên ngành. 2007