Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật lý ở trường phổ thông chương dao động cơ vật lý 12, chương trình nâng cao

15 1.4K 2
Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật lý ở trường phổ thông chương dao động cơ vật lý 12, chương trình nâng cao

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học Vật trường phổ thông chương " Dao động cơ" Vật 12, chương trình nâng cao Vương Văn Huy Trường Đại học Giáo dục Luận văn ThS. ngành: luận và phương pháp dạy học (Bộ môn Vật lý) Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn: GS.TS. Nguyễn Huy Sinh Năm bảo vệ: 2012 Abstract. Nghiên cứu lí luận về phương pháp mô hình trong dạy học vật lí. Xác định kiến thức, kĩ năng toán học cần thiết để học sinh học tốt phần "Dao động cơ" , vật lí 12, chương trình nâng cao. Thiết kế các mô hình nhằm bồi dưỡng kiến thức, kĩ năng toán học cần thiết để học sinh học tốt phần "Dao động cơ" vật12, chương trình nâng cao. Thiết kế tiến trình dạy học sử dụng các mô hình toán học đã xây dựng. Thực nghiệm sư phạm và đánh giá hiệu quả của các mô hình toán học và tiến trình dạy học đã xây dựng. Keywords. Vật lý; Phương pháp dạy; Lớp 12 Content MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Toán học là công cụ quan trọng trong nghiên cứu cũng như trong dạy học vật lí. Hầu hết các đại lượng và định luật vật lí đều được biểu diễn dưới dạng công thức toán. Việc giải bài tập vật lí cũng xuất phát từ việc thiết lập và giải các phương trình toán học. Trong quá trình phát triển của vật lí học, do yêu cầu nghiên cứu vật lí, nhiều khi các nhà vật lí đã sáng tạo ra các công cụ toán để ứng dụng cho vật lí. Do hạn chế về kiến thức và kĩ năng giải toán, nhiều khi kiến thức toán cần thiết để học sinh học vật lí lại chưa được trang bị trong quá trình dạy môn toán học, vì vậy học sinh gặp nhiều khó khăn trong việc học vật lí. Ngoài ra, việc dạy môn toán lại tách rời khỏi các môn học khác nói chung và vật lí nói riêng nên khi sử dụng toán học trong học tập môn vậthọc sinh cũng gặp khó khăn. Phương pháp mô hình là phương pháp (PP) quan trọng trong nghiên cứu và dạy học vật lí, đặc biệt là mô hình toán học, các mô hình này giúp học sinh hiểu sâu hơn về các đại lượng và định luật vật lí. Thông thường quá trình dạy học vật trường phổ thông các thầy giáo thường coi kiến thức toán học đã được rèn luyện trong quá trình học môn toán, điều này làm hạn chế kỹ năng giải các bài toán vật lí của học sinh THPT. Như vậy, muốn cho học sinh kỹ năng giải các bài tập vật lí trước hết các em cần phải nắm chắc các kiến thức toán học liên quan. Có thể cho rằng trong khi giải các bài tập vật lí, học sinh phải biết vận dụng các định luật toán học như một công cụ. Nghĩa là muốn học giỏi vật lí trước hết học sinh phải giỏi về tư duy toán học. thể coi toán học như một nền tảng vững chắc để giải các phương trình vật lí. Vì vậy việc bồi dưỡng kiến thức toán học cho học sinh khi dạy môn vật lí là rất cần thiết. Vì những do trên nên tôi quyết định lựa chọn đề tài: " Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật trường phổ thông chương “Dao động cơ” vật12, chương trình nâng cao. 2. Lịch sử nghiên cứu Lí thuyết về phương pháp mô hình đã được đề cập đến trong tài liệu về lí luận dạy học nói chung. Nhiều công trình nghiên cứu khác đã đề cập đề việc sử dụng mô hình toán trong việc dạy học vật lí như dạy lí thuyết, ôn tập chương nhưng chưa quan tâm nhiều đến việc sử dụng mô hình toán để bồi dưỡng kiến thức, kĩ năng toán học cho học sinh trong dạy học vật lí. Luận văn này hy vọng sẽ đóng góp thêm một số thông tin về vấn đề đó. 3. Mục tiêu nghiên cứu Sử dụng các mô hình toán học trong dạy học vật lí phần " Dao động " vật lí 12 nâng cao, để bồi dưỡng kiến thức toán học trong quá trình dạy học vật lí (DHVL) nhằm nâng cao hiệu quả quá trình DHVL trường phổ thông (PT). 4. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu lí luận về phương pháp mô hình trong dạy học vật lí. - Xác định kiến thức, kĩ năng toán học cần thiết để học sinh học tốt phần "Dao động cơ" , vật lí 12, chương trình nâng cao. - Thiết kế tiến trình dạy học sử dụng các mô hình toán học đã xây dựng. - Thực nghiệm sư phạm và đánh giá hiệu quả của các mô hình toán học và tiến trình dạy học đã xây dựng. 5. Phạm vi nghiên cứu Sử dụng mô hình toán học để bồi dưỡng kiến thức, kĩ năng toán học trong DH chương " Dao động " vật lí lớp 12 chương trình nâng cao. 6. Mẫu khảo sát - HS lớp 12 trường THPT An Lão - Hải Phòng - GV vật trường THPT An Lão - Hải Phòng kết hợp với giáo viên dạy học môn Toán 12 trường THPT An Lão - Hải Phòng 7. Vấn đề nghiên cứu - Tìm hiểu kiến thức và kĩ năng toán học cần thiết để học sinh học tốt vật lí lớp 12, đặc biệt là chươngDao động chương trình nâng cao. - Sử dụng mô hình toán học để bồi dưỡng, giúp HS lớp 12 THPT, chương trình nâng cao học tốt môn vật lí . Đặc biệt là chươngDao động ” 8. Giả thuyết nghiên cứu Việc sử dụng mô hình toán học nhằm bồi dưỡng kiến thức và rèn luyện kĩ năng toán học trong DH vật lí sẽ giúp học sinh hiểu sâu sắc về kiến thức và bản chất vật lí, đồng thời giúp cho học sinh thể phát triển kĩ năng giải bài toán vật lí bằng công cụ toán học. 9. Phƣơng pháp nghiên cứu 9.1. Nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu sở lí luận để làm sáng tỏ vai trò của PP mô hình trong dạy học vật lí - Tìm hiểu chương trình vậtphổ thông, các giáo trình, tài liệu hướng dẫn học chương “Dao động cơ” lớp 12 THPT chương trình nâng cao, nghiên cứu nội dung sách giáo khoa và những tài liệu tham khảo liên quan để xác định mức độ nội dung và yêu cầu cần nắm vững về vật lí. - Tìm hiểu mối liên quan giữa vật lí và toán học trong chươngDao động ” lớp 12 THPT thuộc chương trình nâng cao. 9.2. Nghiên cứu thực tiễn - Tìm hiểu nội dung chương trình, phương pháp và hình thức tổ chức việc sử dụng mô hình toán học trong dạy học vật lí - Điều tra thực tiễn việc sử dụng mô hình toán học trong dạy học vật lí tại trường THPT An Lão - Hải Phòng. Đặc biệt là: việc sử dụng mô hình toán học trong chươngDao động ” lớp 12 THPT thuộc chương trình nâng cao. 9.3. Thực nghiệm sư phạm - Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm trường THPT An Lão - Hải Phòng theo phương án đã xây dựng. - Trên sở phân tích định tính và định lượng kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của các biện pháp do đề tài đưa ra. 9.4. Thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm - Từ tháng 08 năm 2012 đến tháng 09 năm 2012. - Địa điểm: Trường THPT An Lão – Huyện An Lão – Thành phố Hải Phòng 10. Các luận cứ khoa học Khái niệm về mô hình rất quan trọng với tất cả khoa học Vật lí cũng như công nghệ. Khi áp dụng các nguyên vậthọc vào một hệ vật lí ta luôn sử dụng các mô hình tưởng. Một số mô hình dễ dàng nhận biết được bằng các giác quan trong khi việc quan sát trên vật thật khi gặp khó khăn. Nhờ tính đơn giản của mô hình toán học mà nhà nghiên cứu thể nắm chắc những vấn đề bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hoá chúng và rút ra được những quy luật một cách rõ ràng tránh được sự nhầm lẫn. Nhiều kiến thức toán và phương pháp giải bài tập vật thể mô hình hóa một cách trực quan giúp học sinh phát triển kiến thức và kĩ năng toán học để học vật lí đạt hiệu quả cao. 11. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn dự kiến được trình bày trong 3 chương: Chương 1: sở lí luận và thực tiễn của đề tài. Chương 2: Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật trường trung học phổ thông chương “Dao động vật12, chương trình nâng cao Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1.1. 1.1.Vai trò của toán học trong dạyhọc vật trƣờng phổ thông 1.1.1. Mối quan hệ giữa toán họcvật lí Toán học ra đời cách đây hơn hai ngàn năm và thực tế đã chứng minh rằng toán học là một khoa học đỉnh cao trí tuệ của loài người. Toán học xâm nhập vào hầu hết các ngành khoa học khác và là nền tảng của nhiều lí thuyết quan trọng. Galileo câu nói nổi tiếng “Thiên nhiên là một cuốn sách viết bằng ngôn ngữ toán học”. Từ thế kỷ XVII những con số và những khái niệm trừu tượng đều gắn liền với vật lí. Đâu là nguyên nhân mà vật lí lại gắn liền hữu với toán học như vậy? Nhìn vào sự phát triển của toán học ta thể chia làm ba thời kỳ lớn: 1.1.1.1. Thời kỳ cổ đại: toán học sơ cấp Thời kỳ này bắt đầu từ thế kỷ thứ V trước công nguyên đến thế kỷ thứ XVII. Trong thời kỳ này đã những bức vẽ cho thấy kiến thức về toán học và đo thời gian dựa trên bầu trời sao, đếm số các vì sao trên bầu trời, cũng như sự xuất hiện các số nguyên tố và phép nhân của người Ai cập cổ đại rồi đến người Hy Lạp, Trung Hoa… 1.1.1.2. Thời kỳ cổ điển: toán học về các đại lượng biến đổi Thời kỳ này bắt đầu từ thế kỷ thứ XVIII đến cuối thế kỷ thứ XIX. Những biến đổi và vận động của tự nhiên cũng như sự phát triển của xã hội ngày mạnh, toán học về các đại lượng bất biến, cố định không thể giải thích thỏa đáng cho nhận thức của con người đã dẫn đến sự ra đời của toán học về các đại lượng biến đổi. 1.1.1.3. Thời kỳ hiện đại: toán học về các vấn đề cấu trúc. Thời kỳ này bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX đến nay. Giai đoạn này các nhà toán học thường là những người biệt lập, chỉ nghiên cứu riêng lĩnh vực của mình, không như ngày xưa các nhà toán học thể là các nhà vật lí, triết học, sinh học,…Toán học trong thời kỳ này nhanh chóng trở nên trừu tượng hơn, sâu sắc hơn. Trong lí thuyết toán học phải nói đến các công trình cách mạng về hàm số với biến phức trong hình học và sự hội tụ của các chuỗi. Gauss đã đưa ra chứng minh đầu tiên cho định lí bản về đại số và luật tương hỗ bậc hai. Thời kỳ này cũng chứng kiến sự phát triển của hình học phi Ơclit, hình học hyperbolic, hình học Eliptic… 1.1.1.4. Mối liên hệ giữa toán họcvậthọc qua mỗi thời kỳ phát triển của nó. Ta thấy rằng sự phát triển của toán học qua mỗi thời kỳ sự tiếp nối nhau, mỗi thời kỳ phát triển đều tuân theo một logic nhất định của nó. Điều này nó phản ánh tiến trình phát triển nội tại của toán học và của cả những nhân tố bên ngoài tác động vào toán học. Trong đó phải kể đến những quan điểm của thế giới quan khác nhau tác động vào toán học và điều này mang tính biện chứng sâu sắc, nó là quá trình vừa kế thừa vừa đổi mới về chất giữa các thời kỳ. 1.1.2. Vai trò của toán học trong lĩnh vực vật lí học. Như trên đã trình bày toán học thực sự vai trò to lớn trong sự phát triển của vật lí học và vậthọc phát triển cũng góp phần cho toán học phát triển nhanh và mạnh hơn. 1.1.2.1. Thời tiền sử. Ta biết rằng trong thời cổ đại nhu cầu sản xuất đã làm nẩy sinh những mầm mống ban đầu của thiên văn họctoán học, nhưng chưa mầm mống về vật lí học, mặc dù đã vài tri thức về học. 1.1.2.2. Thời kỳ phát minh ra vi phân, tích phân. Trên sở của sự vận động và biến đổi, toán học được phát triển sớm hơn so với các môn khoa học tự nhiên thực nghiệm khác. Nhờ sự phát triển đó, các nhà toán học đã tìm ra phép tính vi phân và tích phân. Trong các lập luận của mình các nhà toán học đã dùng các khái niệm như: hàm số, tính liên tục và tính gián đoạn, tính vô hạn và hữu hạn,… 1.2.2.3. Thời kỳ hiện đại. Ta thời kỳ này thành tựu nổi bật nhất của toán học là tư tưởng cấu trúc như đã trình bày phần trước nó cho phép chúng ta tiếp cận các đối tượng khác nhau một cách khái quát hoá và trừu tượng hoá sự vật đó rồi tìm ra quy luật chung . Về mặt thực tiễn, toán học kết hợp với vậthọc trong giai đoạn này giúp cho con người tạo ra được các máy móc hoạt động dựa trên các quá trình tuân theo quy luật tự nhiên. 1.1.2.4. thuyết hình thức về toán học. Sự ra đời và phát triển của toán học trong giai đoạn hiện đại ảnh hưởng to lớn đến quá trình phát triển của khoa học tự nhiên hiện đại, đặc biệt nó giúp chúng ta tiếp cận đến thế giới vật lí vi mô. Nó cũng là cầu nối giúp cho các nhà vậthọc liên hệ và thống nhất giữa các thuyết khác nhau. 1.1.2. 1.2. Phƣơng pháp mô hình trong dạy học vật lí Chúng ta biết rằng hầu hết các hiện tượng vật lí được mô tả bằng các công thức toán học, các định luật vật lí đều được biểu diễn bằng các kí hiệu toán học. Các đồ thị trong vật lí học mô tả các hiện tượng diễn ra trong quá trình tự nhiên,…Nói chung là các dạng kiến thức đó thể suy ra và được coi như là một mô hình. 1.2.1. Khái niệm mô hình Trong vật học, V.A Stôphơ đã định nghĩa mô hình như sau: “Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng”. Còn theo Halbwachs thì định nghĩa một cách tường minh hơn “Những dấu hiệu bao gồm trong các hình vẽ, các giản đồ, các ký hiệu toán học hay đơn giản hơn, những mệnh đề được thành lập bởi các từ, những hệ thống sẽ được dùng để biểu diễn cảnh huống. Với một hệ thống các dấu hiệu như thế, chúng ta gọi là một mô hình”. 1.2.2. Tính chất, vai trò của mô hình trong dạy học vật lí. Do mô hình là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng mà ta nghiên cứu, cho nên mỗi mô hình thể một số tính chất bản sau: - Tính đơn giản: Mô hình toán học phản ánh khá đầy đủ các hiện tượng của thực tế khách quan. Nhiều khi một thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mô hình để phản ánh. - Tính tương tự với "vật gốc": sự tương tự này thể nghiên cứu hai khía cạnh chức năng hoặc mặt cấu trúc của nó - Tính quy luật riêng : Người ta dựa vào tính tương tự của các tình huống vật lí mà nó phản ánh đến. Còn bản thân mô hình lại những tính chất riêng của nó. - Tính trực quan: Tính trực quan thể hiện chỗ đã vật chất hoá những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được (Ví dụ : Quy luật chuyển động được biểu diễn bằng đồ thị vận tốc; lực hút, lực đẩy giữa các phân tử được biểu hiện trên mô hình bằng các gạch nối đậm hay nhạt - Tính tưởng: Mô hình xuất phát từ thực tiễn sẽ phản ánh một thực tiễn cụ thể nào đấy. 1.2.3. Các loại mô hình trong dạy học vật lí - Mô hình vật chất : Đó là loại mô hình bằng vật thể trên đó phản ánh những tác động cơ bản về mặt hình học, Vật lí học, động lực học, chức năng học của đối tượng nghiên cứu. - Mô hình tưởng (hay mô hình thuyết): Đó là những mô hình trừu tượng mà trong đó về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng những thao tác tư duy thuyết. Các mô hình thuyết có thể rất nhiều loại, tuân theo mức độ trừu tượng khác nhau, bao gồm: + Mô hình kí hiệu: Là hệ thống những luận được dùng để mô tả, thay thế những sự vật, hiện tượng vậtthực (như mô hình công thức toán, mô hình đồ thị, mô hình logic toán, ), từ các mô hình này học sinh thể hiểu sâu sắc tất cả các hiện tượng và định luật vật lí *) Mô hình toán học: Là những mô hình bản chất khác với vật gốc, chúng diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học Mô hình toán học ưu điểm về sự chặt chẽ của toán học, thể xét tới những yếu tố ảnh hưởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm và giảng dạy các hiện tượng và định luật vật lí. *) Mô hình đồ thị: Mô hình đồ thị, là một loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý. Đặc biệt là trong nghiên cứu thực nghiệm. Từ các mô hình đồ thị đó người ta thể hiểu sâu sắc các hiện tượng và định luật vật lí. *) Mô hình logic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học. Ngày nay nó được sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử. + Mô hình biểu tượng: Là dạng trừu tượng nhất của mô hình tưởng, những mô hình trừu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ trong tư duy. Trong luận văn này tôi xin đề cập chủ yếu đến mô hình ký hiệu để giải thích, nghiên cứu các hiện tượng và định luật vật lí. Khi trang bị cho học sinh đầy đủ mô hình toán học này tức là giáo viên đã giúp học sinh thể hiểu rõ và sâu sắc các vấn đề trong vật lí học. Trên sở đó học sinh nhận thức rõ ràng hơn về các hiện tượng, định luật vật lí luôn luôn gắn liền với đời sống con người. Từ đó con người thấy rằng mọi điều trong tự nhiên đều thực sự hữu ích. 1.2.4. Các giai đoạn sử dụng mô hình trong giảng dạy vật học. Trong giảng dạy vật lí, phương pháp mô hình nói chung gồm 4 giai đoạn sau : - Giai đoạn 1: Tập hợp các sự kiện ban đầu làm sở để xây dựng mô hình: Bằng quan sát thực nghiệm, người ta xác định được một tập hợp những tính chất của đối tượng yêu cầu. - Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình: trong giai đoạn này, trí tưởng tượng và trực giác giữ vai trò quan trọng. - Giai đoạn 3 : Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả thuyết. Đây là loại mô hình mà vậthọc trừu tượng hoá, khái quát hoá nghiên cứu nhiều nhất. - Giai đoạn 4 : Thực nghiệm và kiểm tra mô hình. 1.3. Thực trạng việc bồi dƣỡng kiến thức, kĩ năng toán học trong dạy học vật trƣờng THPT An Lão – Hải Phòng Trường THPT An Lão - Thành Phố Hải Phòng thuộc một huyện thuần nông, xa trung tâm thành phố. Trường được thành lập năm 1965, sở vật chất còn thiếu thốn. Cuộc sống của giáo viên tương đối khó khăn, trình độ học sinh vùng nông thôn còn nhiều hạn chế chưa bắt kịp được những tiến bộ của khoa học. Từng là học sinh học tại mái trường này, tôi hiểu cái khó khăn của học sinh trong việc tiếp thu các kiến thức toán học. Đặc biệt là trong thời gian tôi học tại trường các giáo viên trang bị những kiến thức toán học cho học sinh nghiên cứu vật lí còn nhiều hạn chế. Quá trình tìm hiểu thực trạng của việc bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng của toán học trong dạy học vật Trường THPT An Lão - Hải Phòng trong nhiều năm tôi nhận thấy rằng: + Đối với các giáo viên dạy toán: trường tôi thấy rằng hầu như các thầy giáo chỉ dạy những kiến thức bằng những con số khô khan của toán học, chưa dạy kỹ được những phần toán học liên quan đến vật lí. thể họ cho rằng những vấn đề liên quan đến vật lí học sẽ được các thầy giáo dạy vật lí phân tích và dạy lại cho các em. + Đối với các thầy giáo dạy vật lí: phần lớn lại cho rằng những phần vật lí nào liên quan đến toán học thì học sinh đã được học kỹ môn toán. Cho nên khi học vật lí liên quan đến toán học thì các thầy giáo coi như học sinh đã biết, đã hiểu và chỉ cần áp dụng những kiến thức đó vào quá trình giải thích các hiện tượng và biểu diễn các đại lượng vật lí. + Đối với học sinh: do hạn chế của khu vực nông thôn về điều kiện sống và học tập, phần thì cuộc sống khó khăn, phần thì kiến thức của môn học lại chưa gắn kết chặt chẽ với nhau đặc biệt là mối quan hệ giữa toán họcvật lí học. Cho nên việc vận dụng các kiến thức, kỹ năng toán học vào vật lí còn rất hạn chế. Dựa trên thực trạng đó tôi đã chọn đề tài nghiên cứu cần phải bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng toán học trong dạy học vật trường THPT An Lão - Hải Phòng nhằm giúp cho học sinh hiểu sâu sắc về các mối quan hệ logic giữa toán học với các hiện tượng và định luật vật lí. Giải quyết vấn đề này, hy vọng sẽ giúp giáo viên dạy môn vật cách nhìn mới về việc phải bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng toán cho học sinh trong khi giảng dạy bộ môn của mình. Bên cạnh đó cũng đề xuất một số kiến nghị với các giáo viên toán trong giảng dạy cần phải liên hệ, phân tích một cách sâu sắc những kiến thức toán họchọc sinh sử dụng để học và tìm hiểu về vật lí. 1.3.1. Phương pháp điều tra, thăm dò. 1.3.1.1. Điều tra học sinh. Dùng phiếu điều tra để thu thập thông tin của học sinh để tìm hiểu những khó khăn gặp phải khi học tập, nghiên cứu hiện tượng và định luật vật lí của chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao. 1.3.1.2. Thăm dò giáo viên. Bản thân tác giả của đề tài thấy được sự khó khăn khi sử dụng kiến thức toán học trong giảng dạy, nghiên cứu vật lí thuộc chương trình trung học phổ thông nói chung và chương " Dao động cơ" nói riêng. Để minh chứng cho những nhận định này tác giả cũng sử dụng phương pháp điều tra, thăm dò thông tin đối với các giáo viên giảng dạy vật lí của trường. Song song với việc đó chúng tôi cũng thăm dò giáo viên giảng dạy môn toán về các kiến thức và kỹ năng toán học liên quan đến vật lí. 1.3.2. Kết quả điều tra. 1.3.2.1. Kết quả điều tra của học sinh Đại đa số các học sinh đều cảm thấy rất khó hiểu về cách hình thành, giải thích các hiện tượng và đại lượng vật lí. Tìm hiểu định tính và định lượng đều gặp khó khăn. Việc chứng minh các hiện tượng vật lí phải sử dụng các phương trình toán học còn khó khăn hơn. Các ý kiến đề xuất của học sinh: + Khi giảng dạy môn toán các thầy cần giải thích sâu sắc hơn những nội dung kiến thức, kỹ năng toán học cho học sinh hoặc chỉ ra những phần trọng tâm để các em nghiên cứu và ghi nhớ những vấn đề liên quan đến vật lí nói chung. + Đối với các thầy giảng dạy vật lí: Khi giảng dạy các thày dạy theo tiến độ và bổ sung thêm những kiến thức liên quan. Các thầy cũng thường xuyên củng cố các phần đó bằng cách làm nhiều các bài tập để tạo thành kỹ năng cho học sinh. Như vậy các em có thể dễ dàng tiếp thu và hiểu rõ bản chất khi tìm hiểu các vấn đề về vật lí. 1.3.2.2. Kết quả thăm dò giáo viên. + Các thầy giáo dạy toán cần trang bị cho học sinh những kiến thức bản và trọng tâm của toán học liên quan đến vật lí. Trên sở đó các thầy giáo dạy vật lí củng cố thêm cho học sinh những kiến thức toán học sử dụng để nghiên cứu vật lí làm cho học sinh dễ hiểu và những liên hệ sâu sắc hơn. + Nên những phần kiến thức toán củng cố cho học sinh dưới dạng bài tập để học sinh ôn lại và nhập tâm những kiến thức vật cần học tập và nghiên cứu. Kết luận chƣơng 1 Chương 1 đã trình bày khái quát về lí luận và thực tiễn của đề tài. Đã nêu bật được mối quan hệ giữa toán họcvậthọc trong các thời kỳ phát triển của nó. Đó là các thời kỳ: tiền sử, cổ đại và hiện đại. Trong mỗi thời kỳ toán họcvậthọc sự liên thuộc với nhau, kế tiếp nhau và thúc đẩy nhau cùng phát triển. Cả lí luận và thực tiễn đều nói lên vai trò của toán học trong dạy học vật bất kỳ thời điểm nào đều đóng vai trò quan trọng. Vấn đề trọng tâm cần phải giải quyết của đề tài là: " Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật trường phổ thông chương “Dao động cơ” vật12, chương trình nâng cao. CHƢƠNG 2 BỒI DƢỠNG KIẾN THỨC TOÁN HỌC TRONG DẠY HỌC VẬT TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHƢƠNG “ DAO ĐỘNG VẬT12, CHƢƠNG TRÌNH NÂNG CAO 1.1.3. 2.1. Vị trí và vai trò của chƣơng “ Dao động vật12, chƣơng trình nâng cao. 1.1.4. 2.2. Đặc điểm, cấu trúc chƣơng “ Dao động vật12, chƣơng trình nâng cao. 1.1.5. 2.3. Nội dung chƣơng “ Dao động vật 12, chƣơng trình nâng cao. 2.3.1. Những nội dung chính của chương" Dao động cơ" vật12, chương trình nâng cao. 2.3.1.1. Dao động điều hòa và khảo sát dao động điều hòa. 2.3.1.2. Dao động điều hòa của con lắc đơn. 2.3.1.3. Năng lượng trong dao động điều hòa. 2.3.1.4. Dao động tắt dần và dao động duy trì. 2.3.1.5. Dao động cưỡng bức và cộng hưởng. 2.3.1.6. Tổng hợp dao động điều hòa. 2.3.2. Phân tích những nội dung chính của chương" Dao động cơ" vật12, chương trình nâng cao. 2.3.2.1. Khảo sát dao động điều hoà. 2.3.2.2. Khảo sát dao động của con lắc đơn. 2.3.2.3. Biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà. 2.3.2.4. Dao động tắt dần và dao động duy trì. 2.3.2.5. Dao động cưỡng bức và cộng hưởng. 2.3.2.6. Tổng hợp dao động điều hoà. 1.1.6. 2.4. Những kiến thức và kỹ năng toán học cần thiết để học tốt chƣơng “ Dao động ”, vật12, chƣơng trình nâng cao. 2.4.1. Những kiến thức và kỹ năng toán học cần được trang bị cho học sinh - Kiến thức về đại số: + Đạo hàm và xác định đạo hàm của các hàm số: + Phương trình vi phân hạng hai thuần nhất và không thuần nhất: + Các công thức lượng giác, hàm số lượng giác và phương trình lượng giác: + Bồi dưỡng các công thức tính gần đúng: - Kiến thức về hình học: + Véc tơ, các tính chất của véc tơ, cách tìm hình chiếu của một véc tơ xuống một trục bất kỳ. + Cách vẽ đồ thị của một số hàm số lượng giác: - Kỹ năng giải toán: + Kỹ năng giải và tìm nghiệm các phương trình lượng giác của các vật dao động điều hoà, dao động tắt dần và dao động cưỡng bức, + Kỹ năng tính toán: Kỹ năng này được biểu hiện như cách tính các hàm số đặc biệt và các hàm số lượng giác. + Kỹ năng biểu diễn véc tơ, vẽ các đường tròn lượng giác, kỹ năng vẽ đồ thị hàm số. 2.4.2. Những nội dung vật lí chương" Dao động " liên quan đến toán học. 2.4.2.1. Sử dụng hàm số, phương trình lượng giác vào việc giải bài tập để tìm các đại lượng có liên quan đến dao động điều hoà của con lắc lò xo, con lắc đơn và con lắc vật lí. 2.4.2.2. Sử dụng giản đồ véc tơ quay để tìm các đại lượng liên quan đến dao động điều hoà và tổng hợp các dao động điều hoà. 2.4.2.3. Sử dụng đường tròn lượng giác vào giải các bài tập vật lí và mối quan hệ giữa chuyển động tròn đều với dao động điều hoà. 2.4.2.4. Sử dụng các công thức gần đúng trong toán học để tìm chu kỳ dao động phụ thuộc vào nhiệt độ, độ cao, độ sâu và lực phụ; vận tốc, lực căng dây của con lắc trong dao động điều hoà. 2.4.2.5. Sử dụng đồ thị để mô phỏng các đại lượng vậttrong dao động điều hoà như: li độ, vận tốc, gia tốc, động năng, thế năng, 2.4.2.6. Sử dụng phương trình vi phân vào việc mô tả các dao động điều hoà và dao động tắt dần. 1.1.7. 2.5. Mục tiêu dạy học chƣơng “ Dao động vật lí lớp 12 chƣơng trình nâng cao. 2.5.1. Mục tiêu về toán học - Kiến thức về đại số: + Định nghĩa đạo hàm, công thức xác định đạo hàm của các hàm số. + Phương trình vi phân hạng hai thuần nhất và không thuần nhất + Các công thức tính tích phân. + Các công thức tính giới hạn của hàm số và các dạng giới hạn + Các công thức lượng giác, hàm số lượng giác và phương trình lượng giác… + Các công thức tính gần đúng… - Kiến thức về hình học: + Định nghĩa véc tơ, các tính chất của véc tơ, cách tìm hình chiếu của một véc tơ xuống một trục bất kỳ + Cách vẽ đồ thị của một số hàm số lượng giác… - Kỹ năng giải toán: + Kỹ năng giải và tìm nghiệm các phương trình. + Kỹ năng tính toán: tìm đạo hàm, giới hạn,… + Kỹ năng biểu diễn véc tơ, vẽ các đường tròn lượng giác, kỹ năng vẽ đồ thị hàm số. 2.5.2. Mục tiêu về vật lí Kiến thức: Kĩ năng: Thái độ: 2.5.3. Mối quan hệ giữa toán họcvậthọc trong chươngDao động ” lớp 12, chương trình nâng cao 1.1.8. 2.6. Bồi dƣỡng kiến thức và kỹ năng toán cho học sinh trong tiến trình dạy học chƣơng " Dao động cơ" vật lí 12 chƣơng trình nâng cao. 2.6.1. Tiến trình sử dụng các kiến thức về toán học 2.6.2. Tiến trình bồi dưỡng kiến thức toán học cho học sinh khi học chương" Dao động cơ" vật12, chương trình nâng cao. 2.6.2.1. Bồi dưỡng những kiến thức toán liên quan đến đạo hàm, vi phân, công thức và hàm số lượng giác để giải các bài toán về các loại dao động. 2.6.2.2. Áp dụng công thức gần đúng. Các công thức gần đúng của toán học cần sử dụng trong vật lí học: (1 n )   với 1  thì (1  n n  1) (2.57) 22 21sin212cos aaa  (2.58) Chúng tôi xin đưa ra một số bài toán sử dụng phép tính gần đúng trong quá trình nghiên cứu đề tài để giải quyết các vấn đề của luận văn: Bài toán 1: Biến thiên chu kỳ dao động của con lắc đơn theo nhiệt độ. Thời gian nhanh chậm của đồng hồ vận hành bằng con lắc đơn. Thời gian đồng hồ chạy sai trong một ngày đêm là: t t    43200 2 . .60.60.24    (2.63) Bài toán 2: Biến thiên chu kỳ dao động của con lắc đơn theo độ cao, thời gian nhanh chậm của đồng hồ vận hành bằng con lắc đơn. Sự nhanh hay chậm trong một ngày đêm là:  = 86400. R h (2.65) Bài toán 3: Biến thiên chu kỳ dao động của con lắc đơn theo độ sâu, thời gian nhanh chậm của đồng hồ vận hành bằng con lắc đơn. Suy ra thời gian đồng hồ chạy sai trong một giây là: R h R h t 2 1 2 1  (h )R Vậy thời gian đồng hồ chạy sai trong một giây là t = h/2R (2.66) Bài toán 4: Dạng toán tìm vận tốc và lực căng dây treo của con lắc đơn dao động điều hoà với biên độ góc nhỏ. )() 22 (2 2 2 0 2 2 0     glglv (2.71b) Trong trường hợp góc nhỏ ta các công thức như trên phương trình (2.71b). Khi đó : *) Vận tốc lớn nhất khi:  = 0: glglv 0 2 0max   (2.72) *) Vận tốc nhỏ nhất khi:  =  0 : 0 min v (2.73) + Giá trị lực căng dây: T C = mg(3cosα – 2cosα 0 ), tương tự ta có:        ) 2 sin21(2) 2 sin21(3. 0 22   mgT C (2.74a) ) 2 31() 2 1(2) 2 1(3. 2 2 0 2 0 2               mgmgT C (2.74b) *) Lực căng lớn nhất khi:  = 0 và khi đó: )1( 2 0max   mgT C (2.75) *) Lực căng nhỏ nhất khi:  =  0 và khi đó: ) 2 1( 2 0 min   mgT C (2.76) + Thế năng, năng: W t = mg  (1-cos); W = mg  (1-cos 0 ) *) Thế năng: W t 2 ) 4 211.( 22  mglmgl  (2.77) *) năng: W 2 ) 4 211.( 2 0 2 0  mglmgl  (2.78) 2.6.2.3. Sử dụng đồ thị, đường tròn lượng giác để giải các bài toán vật lí liên quan. 2.6.2.4. Áp dụng véc tơ và các tính chất của véc tơ vào việc giải bài tập vậttrong chương "Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao. Kết luận chƣơng 2 Chương 2 của luận văn đã phân tích và trình bày chi tiết về vấn đề bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng toán học trong dạy học vật lí của chương " Dao động cơ" vật12, chương trình nâng cao. đây chúng tôi đã đưa ra những mô hình kiến thức cụ thể của toán học cần phải trang bị cho học sinh khi học chương " Dao động cơ". Chúng tôi cũng đưa ra tiến trình thực hiện về bồi dưỡng kiến thức toán học. Để minh chứng cho việc thực hiện tiến trình đó chúng tôi đã trình bầy một vài ví dụ điển hình cho việc giải bài tập vật lí của chương " Dao động cơ" áp dụng các kiến thức toán [...]... dụng bồi dưỡng các kiến thức và kỹ năng toán học trong dạy học vật lí chương" Dao động cơ" nhận thấy khả năng nắm bắt tri thức của học sinh đối với từng bài học chất lượng và hiệu quả hơn KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận: Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật lí nói chung và chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao nói riêng là một trong những nhiệm vụ quan trọng của dạy học vật. .. chương" Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao nói riêng Về mặt thực tiễn: Sau khi tìm hiểu thực tế chúng tôi đã áp dụng chương trình bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật lí đối với chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao Trong quá trình tiến hành TNSP trường THPT An Lão - Hải Phòng chúng tôi nhận thấy rằng: - Học sinh không chỉ khả năng thích ứng với mô hình toán học. .. tính toán và xây dựng đồ thị tần số tích luỹ nhận thấy rằng việc bồi dưỡng kiến thức kỹ năng toán học trong dạy vật lí cho học sinh là rất cần thiết Như vậy thể khẳng định một cách chắc chắn rằng phương pháp dạy học sử dụng việc bồi dưỡng kiến thức và kỹ năng toán học trong dạy học chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao hiệu quả hơn về mọi mặt so với phương pháp dạy học theo... thức toán học trong dạy học vật lí trường phổ thông, chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao Vì thời gian thực hiện luận văn hạn và quá trình thực thi của đề tài chỉ nằm trong chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao tại trường THPT An Lão - Hải Phòng nên tính phổ cập của đề tài còn bị hạn chế Vì vậy kết quả này thể xem như một tài liệu tham khảo cho các giáo viên dạy. .. nghiệm sư phạm sẽ đủ sở để giải đáp được những câu hỏi sau đây: 1 Việc đưa khái niệm mô hình toán học để bồi dưỡng kiến thức và kỹ năng toán trong dạy học vậtchương " Dao động cơ" vật12, chương trình nâng cao vừa sức với học sinh hay không ? 2 Chất lượng học tập của học sinh đặc biệt là việc giải toán vật được nâng cao hơn không ? khả năng vận dụng kiến thức này vào thực tế có... khoa học cho phép chúng tôi khẳng định rằng: Phương pháp dạy học sử dụng bồi dưỡng kiến thức và kỹ năng toán học trong dạy học vậtchương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao hiệu quả hơn về mọi mặt so với phương pháp dạy học truyền thống trước đây - Trong quá trình thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài chúng tôi đã hoàn thành tốt mục tiêu của đề tài đó là: Bồi dưỡng kiến thức. .. vật trong chương trình phổ thông NXB Giáo dục Hà Nội 21 Nguyễn Ngọc Quang (1977) Bàn về một hệ thống phương pháp nhận thức trong bộ môn vật trường phổ thông Hà Nội 22 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2002) Phương pháp dạy học vật trường phổ thông. NXB ĐHSP Hà Nội 23 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (1998) Giáo trình tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học. .. ra một số kết luận như sau: Học sinh khả năng thích ứng với việc bồi dưỡng kiến thức toán trong dạy học vật lí chương" Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao Sử dụng các mô hình toán học vào dạy học vật lí làm cho học sinh vừa nắm chắc được lí thuyết vừa hiểu sâu sắc được các hiện tượng vật lí, đồng thời giải các bài tập vật lí một cách dễ dàng Từ đó thể giúp học sinh hình thành được năng... biết vận dụng các kiến thức toán học vào việc giải các hiện tượng vật lí, đặc biệt là biết áp dụng các phương trình toán học để giải các bài tập vật lí - Kiến thức toán học còn giúp cho học sinh nâng cao khả năng hiểu biết Trên sở đó học sinh thể hình thành các kiến thức và kỹ năng mới Đặc biệt là năng lực phân tích, tổng hợp, so sánh và khái quát sau khi giải các bài tập vật lí - Những số... việc nâng cao chất lượng dạyhọc vật các trường THPT 3.1.2 Nhiệm vụ Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra những vấn đề sau: Kiểm tra thái độ học tập (sự hứng thú học tập ), khả năng lĩnh hội tri thức mới (tri thức sự kiện và tri thức phương pháp) và khả năng hiểu sâu sắc, vận dụng kiến thức toán học vào vật lí của tập thể học sinh khi giảng dạy các giáo viên đã sử dụng tài liệu bồi dưỡng các kiến thức . Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học Vật lý ở trường phổ thông chương " Dao động cơ& quot; Vật lý 12, chương trình nâng cao Vương. dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật lí ở trường phổ thông chương Dao động cơ vật lí 12, chương trình nâng cao. CHƢƠNG 2 BỒI DƢỠNG KIẾN THỨC TOÁN

Ngày đăng: 08/02/2014, 12:49

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

  • Đang cập nhật ...

Tài liệu liên quan