Sử dụng ngôn ngữ lập trình mathematica để giải một số bài toán về “năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” chương trình sách giáo khoa vật lý lớp 12 ban nâng cao

Sử dụng ngơn ngữ lập trình Mathematica để giải số toán “năng lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao Trần Quí Nam Trường Đại học Giáo dục Luận văn Thạc sĩ ngành: Lí luận phương pháp giảng dạy; Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn: PGS TS Bùi Văn Loát Năm bảo vệ: 2011 Abstract: Nghiên cứu sở lý luận giải tập vật lý, nghiên cứu phần mềm Mathematíca việc tổ chức dạy học vật lý nói chung dạy soạn thảo dạy số tập thuộc phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” Tìm hiểu vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý trường Trung học phổ thông (THPT) nói chung, trường THPT Cổ Loa nói riêng việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ giải tập vật lý Keywords: Phương pháp giảng dạy; Vật lý; Trung học phổ thơng; Lớp 12; Phóng xạ; Hạt nhân; Ngơn ngữ lập trình; Sách giáo khoa Content MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta kỷ nguyên kinh tế tri thức, bùng nổ thông tin phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, làm cho mâu thuẫn lượng tri thức cần phải trang bị cho học sinh với thời lượng có hạn tiết học ngày trở nên gay gắt Trong bối cảnh đó, phương pháp dạy học truyền thống mà chủ yếu thầy thơng báo kiến thức trị lắng nghe ghi chép khơng cịn phù hợp Đó tất yếu khách quan đòi hỏi phải đổi phương pháp dạy học Đổi phương pháp dạy học không cung cấp kiến thức mà phải xây dựng lực tư duy, lực giải vấn đề cho học sinh đồng thời phải rèn luyện cho học sinh phương pháp nghiên cứu khoa học nói chung Vật lý học nói riêng Tuy nhiên, phương pháp dạy học mơn khoa học tự nhiên nói chung mơn Vật lý nói riêng trường phổ thơng mang nặng tính chất thơng báo, tái Học sinh tạo điều kiện bồi dưỡng phương pháp nhận thức, rèn luyện tư khoa học, phát triển lực giải vấn đề Mặc dù mặt lý luận thực tiễn khách quan cho thấy hiệu quả, lợi ích to lớn việc dạy học điện tử, tới cơng trình nghiên cứu, tài liệu phương pháp xây dựng giảng điện tử sử dụng chúng trình dạy học để nâng cao chất lượng, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức phát huy óc sáng tạo chưa nhà lý luận dạy học quan tâm mức, việc triển khai cịn gặp nhiều khó khăn Đổi phương pháp dạy học bên cạnh cung cấp kiến thức cho học sinh, cần phải rèn cho học sinh lực tư duy, lực giải vấn đề, lực làm việc độc lập lực tự nghiên cứu khoa học Tại trường học phổ thông nước nói chung địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng, học sinh tạo điều kiện rèn luyện tư duy, nhận thức cách logic, khoa học, lực tự giải vấn đề Trong đổi phương pháp dạy học, cần phải có thời gian để dần chuyển từ phương pháp dạy học truyền thống – giáo viên trung tâm, người truyền đạt kiến thức, người học tiếp thu kiến thức cách thụ động sang phương pháp dạy học đại, lấy người học làm trung tâm Ở đây, giáo viên người đóng vai trị hướng dẫn người học chủ động tiếp cận kiến thức cách khoa học Có thể thấy rõ điều vô lý mong muốn đưa người học vị trí trung tâm giáo dục, ý kiến người học định hướng cho cách học cho phát triển giáo dục lại không quan tâm tới ý kiến, suy nghĩ người học Tuy muốn học sinh, sinh viên, học viên chủ động học tập, chủ động nghiên cứu trung tâm giáo dục, lại tiến hành theo phương thức gị bó, ép buộc, áp đặt mà khơng xem xét cơng việc có phù hợp với ý kiến người học, với thời đại không Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trình dạy học thời điểm hoàn toàn phù hợp với xu thời đại, trường học thành phố, thị xã – nơi có điều kiện sở vật chất, nhanh chóng tiếp thu cơng nghệ Đặc biệt Hà Nội – trung tâm văn hóa, kinh tế, trị… nước việc ứng dụng cơng nghệ vào dạy học hồn tồn cần thiết khả thi Để đáp ứng nhu cầu đó, việc sử dụng phần mềm tốn học Mathematica giải pháp tối ưu trình độ tin học giáo viên chưa cao không nên chọn phần mềm mạnh khó sử dụng Phần mềm Mathematica dễ sử dụng, có đầy đủ tính đồ họa, tính tốn đặc biệt cơng cụ mạnh việc giúp giáo viên xây dựng mơ hình vật lý cách dễ dàng, thuận tiện Đó lý giúp tơi chọn đề tài “Sử dụng ngơn ngữ lập trình Mathematica để giải số toán “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao” làm đề tài Luận văn thạc sĩ 2 Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý luận giải tập Vật lý sử dụng hệ thống phần mềm Mathematica giải số tập thuộc phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” sách giáo khoa lớp nâng cao lớp 12 Tổ chức dạy học hệ thống tập soạn thảo nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy, học giáo viên học sinh có hỗ trợ phần mềm toán học Mathematica việc giải tập vật lý Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận giải tập Vật lý, nghiên cứu phần mềm Mathematíca việc tổ chức dạy học vật lý nói chung dạy soạn thảo dạy số tập thuộc phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” - Nghiên cứu vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý trường Trung học phổ thơng (THPT) nói chung, trường THPT Cổ Loa nói riêng việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ giải tập vật lý Phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu q trình dạy học nói chung, dạy vật lý nói riêng trường THPT có hỗ trợ phầm mềm toán học Mathematica việc giải tập vật lý, cụ thể giải số tập vật lý phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” Với mục đích nâng cao khả ứng dụng công nghệ thông tin, khả giải vấn đề, khả làm việc nhóm, lực nhận thức Giúp người học chủ động giải vần đề gặp phải trình dạy học giúp người dạy có thêm cơng cụ việc dạy tập Giả thuyết khoa học Tin học hóa q trình dạy học chiếm ưu Đặc biệt việc ứng dụng phần mềm vào trình dạy học, phần mềm Mathematica cách hợp lý, mang lại hiệu cao day học Xây dựng mơ hình mơ tượng vật lý, hỗ trợ giảng dạy, từ dễ ràng giúp học sinh đưa phương án giải vấn đề phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân”, qua giúp cho học sinh thể lực thân, rèn luyện, phát triển khả tư duy, sáng tạo cách toàn diện Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu lý luận Dựa vào tài liệu lý luận dạy học làm sáng tỏ quan điểm, tổ chức, điều khiển diễn biến trình dạy học giải tập Từ học sinh giải vấn đề gặp phải trình nhận thức Sử dụng phần mềm toán học Mathematica tài liệu liên quan việc thiết kế, giải vấn đề giải tập vật lý phục vụ trình dạy học Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, sách tham khảo, từ xác định xác nội dung, khái niệm, cách giải tập vật lý mà học sinh cần phải nắm học phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” chương hạt nhân nguyên tử Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Nghiên cứu trình dạy học trường THPT nói chung trường THPT Cổ Loa nói riêng thông qua hoạt động: giảng dạy, dự giờ, thảo luận với đồng nghiệp đánh giá học sinh Từ đánh giá tình hình dạy, học phần “năng lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” học sinh phổ thông Nghiên cứu trình sử dụng máy tính việc ứng dụng phần mềm Mathematica mô phỏng, giải tập vật lý mơ hình, phục vụ cơng tác giảng dạy trường THPT Đóng góp đề tài Luận văn cho thấy lợi ích, tầm quan trọng việc ứng dụng Công nghệ thông tin dạy học theo phương pháp đại Mở hướng việc kết hợp phương pháp dạy học truyền thống với phương pháp dạy học đại cách hiệu Cấu trúc Luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung luận văn trình bày thành chương: Chương 1: Cơ sở lý luận đề tài Chương 2: Những nét phần mềm toán học Mathematica Phân tích số dạng tập phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Khái quát chung nhiệm vụ trình dạy học 1.1.1 Khái chung 1.1.2 Định hướng đổi phương pháp dạy học Đổi PPDH hướng tới hoạt động tích cực, chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động Đổi nội dung hình thức hoạt động giáo viên (GV) học sinh (HS), đổi hình thức tổ chức dạy học, đổi hình thức tương tác xã hội dạy học 1.2 Quan điểm chung đổi phƣơng pháp dạy học 1.2.1 Thực trạng việc dạy học Ở trường THPT phương pháp dạy học phổ biến đơn thông báo lượng kiến thức định sẵn sách giáo khoa, học sinh học cách thụ động Tình trạng chung trường học hiên phổ biến “Thầy đọc – Trò chép” giảng với vấn đáp mang tính tái hiện, minh họa 1.2.2 Bản chất công đổi phƣơng pháp dạy học Phương pháp dạy học cần hướng vào việc tổ chức cho người học học tập hoạt động hoạt động tự giác, tích cực, chủ động sáng tạo Mỗi nội dung dạy học liên hệ với hoạt động định Hoạt động liên hệ với yếu tố: chủ thể, đối tượng, mục tiêu, phương tiện, kết quả; hoạt động học, liên hệ đến yếu tố quan trọng, người thầy 1.2.3 Sự cần thiết phải đổi phương pháp dạy học 1.2.4 Đổi dạy học theo quan điểm CNTT 1.2.4.1 Dạy học theo quan điểm CNTT 1.2.4.3 CNTT với vai trò PTDH, TBDH 1.3 Xu hƣớng đổi phƣơng pháp dạy học 1.3.1 Xác định nhu cầu, phong cách học học sinh 1.3.2 Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học Mục tiêu dạy học xây dựng nhằm thực chức chính: - Định hướng dạy học - Căn để kiểm tra đánh giá kết tiến học sinh 1.3.3 Xác định yêu cầu nội dung dạy học - Quá trình “cấu trúc hóa” lại nội dung cho phù hợp với điều kiện dạy học cụ thể - Việc cấu trúc lại nội dung chương trình dạy học giúp cho giáo viên: - Tăng khả áp dụng đa dạng phương pháp hình thức tổ chức dạy học (trong lên lớp) - Phân bổ thời gian triển khai cách hợp lý (có thể coi giải pháp “giảm tải” nay) - Tăng hội dạy học phân hóa (cho tồn lớp/ nhóm/cá nhân) - Tăng hội học tập tích cực cho học sinh - Kích thích tính chủ động học sinh - Thiết kế đa dạng tập thực hành, tình có vấn đề, tập nghiên cứu… 1.4 Lí luận tập vật lý 1.4.1 Lí luận tập Vật lí 1.4.2 Sử dụng tập Vật lí dạy học Vật lí Những yêu cầu chung dạy học tập Vật lí - Cần dự tính kế hoạch việc sử dụng tập Vật lí dạy học + Xác định mục đích sử dụng tập: + Sắp xếp tập chọn thành hệ thống, định rõ kế hoạch mục đích sử dụng tiến trình dạy học 1.4.3 Lựa chọn tập Vật lí - Khi lựa chọn tập Vật lí cần phải dựa sau: + Mục đích sử dụng, + Trình độ xuất phát học sinh, + Thời gian cho phép sử dụng, - Số lượng nội dung tập lựa chọn cần đáp ứng yêu cầu sau: + Phù hợp với mức độ nội dung kiến thức kĩ giải tập + Hệ thống tập bao gồm nhiều thể loại + Chú ý thích đáng số lượng nội dung tập nhằm giúp học sinh vượt qua khó khăn chủ yếu, khắc phục sai lầm phổ biến + Các tập đưa phải có tính hệ thống + Các tập phải đảm bảo tính vừa sức học sinh đại trà, đồng thời có ý đến phân hóa học sinh 1.5 Mục đích giảng dạy số tập phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” cho học sinh phổ thông với hỗ trợ phần mềm toán học Mathematica 1.5.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với phần mềm tốn học Mathematica giảng dạy phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” - Khi học sinh giải tập “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân”, tính tốn tương đối phức tạp nên nhiều học sinh giải xong tập khơng biết kết xác Với trợ giúp phần mềm toán học Mathematica học sinh chủ động kiểm tra kết hay sai từ xem xét, điều chỉnh, bổ sung kiến thức, đồng thời học sinh cịn tự thiết kế tập sau đưa phương pháp giải tập Việc làm phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo học sinh 1.5.2 Các bước kết hợp hiệu phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica giảng dạy tập phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” Q trình tiến hành thiết kế giảng có sử dụng phần mềm Mathematica phải tiến hành theo bước như: - Xác định mục tiêu học - Xác định kiến thức trọng tâm mà HS cần đạt học - Xác định vốn kiến thức, kỹ trình độ tư HS - Khả ứng dụng CNTT GV HS Xác định tình hình sở vật chất trường sở - Mục đích sư phạm cần đạt sau kết thúc học Chƣơng 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA, PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẦN NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT VÀ SỰ PHÓNG XẠ CỦA HẠT NHÂN 2.1 Quá trình hình thành phát triển Mathematica 2.2 Vài nét Mathematica 2.2 Mathematica hệ thống thực phép tính 2.2.1.1 Các tính tốn số 2.2.1.2 Phép tính ký hiệu 2.2.2 Vẽ đồ thị 2.2.3 Mathematica ngôn ngữ lập trình 2.2.4 Mathematica hệ thống biểu diễn kiến thức tốn học 2.2.5 Mathematica mơi trƣờng tính tốn 2.2.6 Các lệnh Mathematica 2.2.7 Các lệnh Mathematica tính tốn số 2.2.7.1 Các toán tử số học 2.2.7.2 Các toán tử logic 2.2.7.3 Các thuật toán Mathematica 2.2.7.4 Các hàm 2.2.8 Đồ họa Mathematica 2.2.8.1 Đồ thị hàm biến 2.2.8.2 Đồ thị hàm hai biến ba chiều 2.2.8.3.Cấu trúc đồ thị 2.3 Phân tích nội dung khoa học kiến thức phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” 2.3.1 Độ hụt khối ,Năng lƣợng liên kết lƣợng liên kết riêng Xét hạt nhân có khối lượng mX , khối lượng proton mp , notron mn a) Khối lượng hạt nhân nhỏ tổng khối lượng nuclôn tạo thành hạt nhân m  Zmp   A  Z  mn  mX gọi độ hụt khối hạt nhân b) Năng lƣợng liên kết hạt nhân tính tích độ hụt khối hạt nhân với thừa số c Wlk  mc2 Hay: c) Năng lƣợng liên kết riêng ( WlkR  Wlk   Zmp   A  Z  mn  mX  c2   Wlk ) lượng liên kết tính cho A nuclơn Hạt nhân có lượng liên kết riêng lớn bền vững 2.3.2 Sự phóng xạ a Hiện tƣợng phóng xạ a) Định nghĩa b) Các dạng phóng xạ + Phóng xạ  : Phát tia  , dòng hạt nhân nguyên tử hêli ( He ), theo phản ứng sau: A Z  X  A42Y  He  Z + Phóng xạ  : Phát tia  , dòng hạt êlectron ( 0 e ), theo phản ứng sau: A Z    X  ZA1Y  0 e      Với  phản hạt nơtrinô + Phóng xạ  : Phát tia  , dịng hạt pơzitron cịn gọi êlectron dương ( 0 e ), theo phản ứng sau: A Z   X  ZA1Y  0 e     Với  hạt nơtrinơ + Phóng xạ  : Phát tia  , phóng xạ kèm theo phóng xạ   Tia  xạ điện từ có bước sóng ngắn, khả đâm xuyên sâu (vài mét bê tông vài cm chì) b Định luật phóng xạ - Đặc tính q trình phóng xạ + Là q trình biến đổi hạt nhân + Có tính tự phát khơng điều khiển được, không chịu tác động yếu tố bên ngồi + Là q trình ngẫu nhiên - Định luật phóng xạ Trong q trình phân rã, số hạt nhân phóng xạ giảm theo thời gian theo định luật hàm số mũ Trong đó: N o số hạt nhân (số nguyên tử) ban đầu N số hạt nhân chưa bị phân rã (số hạt nhân lại) sau thời gian t T gọi chu kỳ bán rã, λ gọi số phóng xạ đặc trưng cho chất phóng xạ 2.3.3 Phản ứng hạt nhân – Năng lƣợng toả hay thu phản ứng hạt nhân a Định nghĩa đặc tính - Phản ứng hạt nhân tự phát trình tự phân rã hạt nhân không bền vững thành hạt nhân khác A  C  D Trong A hạt nhân mẹ, C hạt nhân D tia phóng xạ - Phản ứng hạt nhân kích thích q trình hạt nhân tương tác với tạo hạt nhân khác A1 Z1 A  A2 B  A3 X  A44 Y Z2 Z Z b Các định luật bảo toàn phản ứng hạt nhân + Bảo tồn điện tích ( Z1  Z2  Z3  Z4 ) + Bảo tồn số nuclơn (bảo tồn số khối A) ( A1  A2  A3  A4 ) + Bảo toàn lượng toàn phần + Bảo toàn động lượng c Năng lƣợng phản ứng hạt nhân Xét phản ứng hạt nhân: A  B  C  D + Tổng khối lượng nghỉ hạt trước tương tác: mt  mA  mB + Tổng khối lượng nghỉ hạt sau tương tác: ms  mC  mD Nếu ms  mt phản ứng tỏa lượng Nếu ms  mt phản ứng thu lượng + Năng lượng tỏa (thu vào) phản ứng hạt nhân E  (mt  ms )c Nếu E > : phản ứng tỏa lượng E < : phản ứng thu lượng + Có hai loại phản ứng hạt nhân tỏa lượng phản ứng phân hạch phản ứng nhiệt hạch 2.4 Đặc điểm, cấu trúc nội dung chƣơng “hạt nhân nguyên tử” vật lí 12 Ban nâng cao 2.4.1 Về phân phối chương trình 2.5 Kỹ học sinh học chƣơng “hạt nhân nguyên tử” 2.6 Soạn thảo hệ thống tập phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” vật lý 12 ban nâng cao THPT 2.6.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống tập 2.6.2 Sử dụng phần mềm Mathematica hướng dẫn hoạt động giải tập phần “năng lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” vật lý 12 nâng cao Với đặc thù phần mềm toán học Mathematica, chúng tơi nhận thấy sử dụng việc giải số loại tập phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân ” Vật Lý 12 nâng cao dạng tập định lượng, với ưu trội Qua nghiên cứu, lựa chọn hệ thống tập điển hình phần “ lượng liên kết phóng xạ cuả hạt nhân” Vật Lý 12 nâng cao có sử dụng phần mềm Mathematica nhằm góp phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Cụ thể diễn giải dạng tập nhƣ sau Bài 1: Xác định độ hụt khối, lượng liên kết, lượng liên kết riêng hạt nhân, so sánh tính bền vững hai hạt nhân đồng khối Bài : Xác định khối lượng, độ phóng xạ hạt nhân mẹ khối lượng hạt nhân tạo thành thời điểm Bài 3: Xác định xem hạt nhân cho trước có phân rã anpha hay khơng có xác định lượng toả động hạt phân rã anpha 10 Bài 4: Xác định khoảng thời gian để tỉ số khối lượng hạt nhân mẹ hạt nhân tạo thành phân rã anpha a ngược lại Bài 5: Xác định thể tích khí hêli sinh phân rã anpha điều kiện tiêu chuẩn điều kiện Bài : Vẽ đồ thị độ phóng xạ chất phóng xạ giảm theo thời gian 2.6.3 Hƣớng dẫn học sinh giải tập phần “ lượng liên kết phóng xạ cuả hạt nhân” Vật Lý 12 nâng cao có sử dụng phần mềm Mathematica 2.6.3.1 Phƣơng pháp Bước 1: Tìm hiểu đề Đọc kỹ đề bài, ghi ngắn gọn liệu ban đầu đại lượng phải tìm Bước : Thiết lập mối quan hệ liệu ban đầu đại lượng phải tìm Sau cụ thể hố câu lệnh chương trình Mathematica Bước : Luận giải Khác với phương pháp giải truyền thống học sinh phải tự giải với việc sử dụng phần mềm hỗ trợ Mathematica, máy tính giải cho ta kết hình Bước : Kiểm tra xác nhận kết Sau có kết hình máy tính , học sinh phải vào tốn cụ thể để tìm kết xác 2.6.3.2 Hƣớng dẫn học sinh Bài 1: Xác định độ hụt khối, lượng liên kết, lượng liên kết riêng hạt nhân, so sánh tính bền vững hai hạt nhân đồng khối Bài toán : Xét hạt nhân A Z X có khối lượng m(u) Cho khối lượng protôn m p  1,007276u Khối lượng nơtron mn  1,008665u Lấy 1u = 931,5 MeV/c2 Tìm độ hụt khối , lượng liên kết ,năng lượng liên kết riêng hạt nhân Dựa vào so sánh bền vững hạt nhân Bài : Xác định khối lượng, độ phóng xạ hạt nhân mẹ khối lượng hạt nhân tạo thành thời điểm Bài 3: Xác định xem hạt nhân cho trước có phân rã anpha hay khơng có xác định lượng toả động hạt phân rã anpha 11 Bài toán : Cho độ hụt khối ( m ) lượng liên kết( WlkR ), lượng liên kết riêng (Wlkr =  )của hạt Tìm lượng toả ra.Tìm động hạt sinh (không kèm tia ) Bài 4: Xác định khoảng thời gian để tỉ số khối lượng hạt nhân mẹ hạt nhân tạo thành phân rã anpha a ngược lại Bài toán : Cho hạt nhân mẹ X phóng xạ  tạo thành hạt nhân Y A Z A X    Z  4Y 2 Biết chu kỳ bán rã hạt nhân mẹ sau khoảng thời gian t tỉ số khối lượng hạt nhân mẹ hạt nhân số a Tìm thời gian t biết chu kỳ bán rã số a ? Bài 5: Xác định thể tích khí hêli sinh phân rã anpha điều kiện tiêu chuẩn điều kiện ? Bài tốn : Hạt nhân mẹ A1 Z1 X phóng xạ  tạo thành hạt nhân A2 Z2 Y Cho khối lượng ban đầu hạt nhân mẹ m0 chu kỳ bán rã T, sau khoảng thời gian t thể tích khí Heli sinh điều kiện tiêu chuẩn điều kiện có nhiệt độ áp suất Bài 6: Vẽ đồ thị độ phóng xạ (hoạt độ phóng xạ)theo thời gian chất phóng xạ Cho chất phóng xạ có chu kỳ bán rã T Hoạt độ phóng xạ H, nhập hoạt độ phóng xạ thời điểm theo công thức H  H e t vẽ đồ thị hoạt độ phóng xạ theo thời gian CHƢƠNG THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm - Đánh giá tính khả thi tiến trình dạy học soạn với việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica hướng dẫn học sinh giải giải BTVL, làm sở để sửa đổi bổ sung hoàn thiện - Sau tiến hành thực nghiệm tiến hành so sánh, đối chiếu kết lớp thực nghiệm với lớp đối chứng để đánh giá chất lượng hoạt động dạy học theo tiến trình soạn 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 12 Việc thực nghiệm sư phạm tiến hành trường THPT Cổ Loa – Đông Anh – Hà nội với đối tượng học sinh lớp 12 Ban nâng cao Lớp đối chứng lớp 12A4 có 47 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống, khơng có hỗ trợ phần mềm tốn học Mathematica Lớp thực nghiệm lớp 12A1 có 47 học sinh, dạy theo tiến trình soạn thảo có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giảng dạy giải BTVL Trình độ học tập mơn Vật lý lớp gần tương đương 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm Lớp đối chứng lớp 12A4 có 47 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống, khơng có hỗ trợ phần mềm tốn học Mathematica Lớp thực nghiệm lớp 12A1 có 47 học sinh, dạy theo tiến trình soạn thảo có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giảng dạy giải BTVL Ở lớp đối chứng, dự ghi chép lại hoạt động giáo viên học sinh diễn tiết học Khi dạy lớp thực nghiệm, chúng tơi ghi hình tiết học, sau phân tích tiết học để rút kinh nghiệm, đánh giá tính khả thi tiến trình soạn thảo, điều chưa phù hợp tiến trình soạn thảo, bổ sung, sửa đổi điều cần thiết Cuối đợt thực nghiệm, giao cho học sinh kiểm tra 20 phút để sơ đánh giá hiệu việc sử dụng phần mềm Mathematica việc dạy giải tập Vật Lý phần “ lượng liên kết phóng xạ cuả hạt nhân” dựa hệ thống tập soạn thảo việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo học sinh sau học chương học 3.4 Thời điểm thực nghiệm 15/2/2011 đến 30/3/2011 3.5 Phân tích kết thực nghiệm sƣ phạm 3.5.1 Tiêu chí để đánh giá - Đánh giá tính khả thi phương án thiết kế: + Căn vào số học sinh giải + Căn vào khả sử dụng phần mềm Mathematica + Căn vào thời gian để hoàn thành tập học sinh - Đánh giá vào khả tích cực học sinh tham gia hoạt động giải tập: 13 + Khả phân tích tượng vật lý cho tập để từ mối liên hệ đại lượng vật lý lớp tượng xét (Học sinh nêu câu hỏi thắc mắc “Tại sử dụng phần mềm Mathematica lại cho phép giải BTVL nhanh hơn?”) + Khả vận dụng linh hoạt kiến thức phần “ lượng liên kết phóng xạ cuả hạt nhân” kiến thức phần mềm Mathematica + Kết làm việc nhóm: Đưa kết cuối - Đánh giá kết học tập học sinh số thống kê: + Phân tích tham số đặc trưng, + So sánh kết từ đồ thị phân bố tần suất tần suất luỹ tích, + Kiểm định giả thuyết thống kê 3.5.2 Diễn biến thực nghiệm sư phạm - Tại lớp đối chứng Dạy học theo phương pháp thông thường, hỗ trợ phần mềm Mathematica - Tại lớp thực nghiệm Để chuẩn bị cho tiến trình thực nghiệm sư phạm diễn phần “ lượng liên kết phóng xạ cuả hạt nhân” Vật Lý 12 nâng cao, yêu cầu học sinh đọc tài liệu tham khảo phần mềm Mathematica tiến hành cài đặt, hướng dẫn học sinh sử dụng phần mềm Mathematica tiết 3.5.3 Sơ đánh giá hiệu tiến trình dạy học soạn thảo với việc ôn tập củng cố kiến thức, phát huy tính tích cực, tự chủ, tư duy, sáng tạo học sinh * Tình hình học tập lớp đối chứng: Khơng khí học tập khơng sơi nổi, em thụ động ngồi nghe, ghi chép, không tự tin vận dụng kiến thức học * Tình hình học tập lớp thực nghiệm: Chúng tơi tiến hành thực nghiệm sư phạm đối tượng học sinh làm quen với phương pháp mới, nên làm việc theo phương pháp học tập chúng tơi học sinh vui vẻ hứng thú Tuy nhiên học sinh nhiều bỡ ngỡ rụt rè Khả hoạt động, tư học tập chậm, nhiều em cịn lười suy nghĩ, khơng chịu nghe hướng dẫn phần mềm Mathematica Chúng dùng nhiều cách động viên như: Tạo khơng khí học tập thoải mái lớp, khuyến khích học sinh hoạt động, khen ngợi học sinh lúc Với cách này, thấy học sinh dường mạnh dạn hơn, sôi hơn, số em dám đưa ý kiến tranh luận với bạn nhóm, lớp, tích cực xung phong trình bày kết hiển thị hình máy tính Khi bắt đầu quen với phương pháp học 14 đưa ra, học sinh tự tin, thích thú học tập, chịu khó suy nghĩ để đề xuất ý kiến Học sinh chủ động, tích cực hoạt động 3.5.4 Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức học sinh 3.5.4.1 Mục đích kiểm tra Đánh giá chất lượng nắm vững kiến thức học sinh Qua đó, đánh giá tính xác thực giả thuyết khoa học nêu đề tài 3.5.4.2 Đối tượng kiểm tra hình thức kiểm tra Chúng tơi cho tồn học sinh lớp thực nghiệm lớp đối chứng làm đề kiểm tra thời gian 20 phút 3.5.4.3 Nội dung thang điểm kiểm tra Nội dung kiểm tra (20 phút) Pôlôni 210 84 Po chất phóng xạ có chu kì bán rã 138 ngày đêm Hạt nhân pơlơni phóng xạ biến thành hạt nhân chì (Pb) kèm theo hạt  Ban đầu có 42mg chất phóng xạ pơlơni a) Sau khoảng thời gian tỉ số khối lượng hạt nhân mẹ hạt nhân 0,5 b) Sau khoảng thời gian 276 ngày thể tích khí heli sinh điều kiện tiêu chuẩn bao nhiêu? Kết luận : Từ bảng tổng hợp tham số thống kê, đồ thị đường luỹ tích kết phép tính thống kê cho phép chúng tơi rút kết luận: - Điểm trung bình cộng học sinh lớp thực nghiệm (5,30) cao lớp đối chứng (4,55).- Hệ số biến thiên giá trị điểm số lớp thực nghiệm (21,5%) nhỏ lớp đối chứng (33,4%) nghĩa là: độ phân tán điểm số quanh điểm trung bình lớp đối chứng lớn so với lớp thực nghiệm - Đồ thị tần số tích luỹ lớp thực nghiệm nằm bên phải phía đồ thị tần số luỹ tích lớp đối chứng, điều cho thấy kết học tập lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng Như việc tổ chức tiến hành dạy giải tập vật lý phần độ hụt khối, lượng liên kết, phóng xạ chương “Hạt nhân nguyên tử” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica đem lại hiệu bước đầu việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức học sinh thể kết học tập lớp thực nghiệm cao so với lớp đối chứng 15 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài luận văn hoàn thành nhiệm vụ đặt ra: - Nghiên cứu quan điểm dạy học đại dạy học, đặc biệt trọng sở lý luận việc dạy giải tập vật lý, nghiên cứu tài liệu phần mềm toán học Mathematica, nghiên cứu nội dung phân phối chương trình kiến thức chương “Hạt nhân nguyên tử” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao tài liệu có liên quan nhằm xác định mức độ nội dung kiến thức kỹ học sinh cần đạt - Tìm hiểu thực tế dạy học phần kiến thức chương “Hạt nhân nguyên tử” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phát khó khăn giáo viên học sinh, sai lầm phổ biến học sinh Từ đề xuất số nguyên nhân khó khăn nêu biện pháp khắc phục - Soạn thảo hệ thống tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giải sử dụng hệ thống tập vào việc tổ chức dạy học số tập chương “Hạt nhân nguyên tử” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao giúp học sinh vận dụng kiến thức, kĩ biết, mà cịn giúp học sinh hình thành kiến thức, kĩ phát triển lực giải vấn đề - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học soạn thảo để đánh giá hiệu hệ thống tập xây dựng việc đưa phần mềm toán học Mathematica vào hướng dẫn hoạt động giải tập Như vậy, với việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica việc dạy giải tập vật lý chương “Hạt nhân nguyên tử” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, luận văn làm rõ số tập độ hụt khối, lượng liên kết, phóng xạ mà vấn đề khó làm thực tế với phương pháp giải tập thông thường Dựa vào học sinh nhận thấy hạt nhân có phân rã anpha hay khơng,và dễ dàng so sánh hạt nhân bền vững Hơn với việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica, giáo viên tạo cho học sinh có nhiều hội tiếp cận với cơng nghệ thơng tin, có hội trao đổi vấn đề với giáo viên, giúp đơn giản hoá vấn đề trừu tượng chương “Hạt nhân nguyên tử” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, góp phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Các kết nghiên cứu xem tài liệu tham khảo phương pháp dạy học cho giáo viên Vật Lý trường THPT Tuy nhiên, đề tài tồn số hạn chế sau: - Khi thực giảng có hỗ trợ phần mềm tốn học Mathematica thời gian chuẩn bị tương đối nhiều, đòi hỏi giáo viên phải có kiến thức định CNTT, đặc 16 biệt phải có kỹ lập trình phần mềm tốn học Mathematica để giải tập vật lý phổ thơng - Tính ứng dụng luận văn phát huy tối đa thiết bị công nghệ dạy học trang bị đầy đủ, máy tính chạy phần mềm, máy chiếu Projector… Do khơng đáp ứng nhu cầu trên, đề tài luận văn khó phát huy ưu Do điều kiện thời gian, không gian khuôn khổ thực luận văn nên chắn tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp Thầy Cơ giáo bạn đồng nghiệp để luận văn tơi hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! References Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] Tơn Tích Ái Phương pháp số, NXB ĐHQG Hà Nội, 2001 [2] Tơn Tích Ái Phần mềm toán cho kỹ sư, NXB ĐHQG Hà Nội, 2005 [3] Tơn Tích Ái Sử dụng phần mềm Mathematica vật lý phổ thông, NXB ĐHQG Hà Nội, 2001 [4] Dƣơng Trọng Bái, Nguyễn Thƣợng Chung, Đào Văn Phúc, Vũ Quang TLGK Vật lý 12 NXB Giáo dục, 1993 [5] Nguyễn Ngọc Bảo Phát huy tính tích cực, tự lực học sinh trình dạy học Vụ Giáo viên, Hà Nội, 1995 [6] Lƣơng Duyên Bình Vật lý đại cương NXB Giáo dục, 1998 [7] Vũ Cao Đàm Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học, NXB KH&KT, Hà Nội, 1998 [8] Nguyễn Văn Đồng (chủ biên) Phương pháp giảng dạy Vật Lý trường phổ thông, tập tập 2, NXBGD Hà Nội, 1979 [9] Phó Đức Hoan Phương pháp giảng dạy Vật lý trường phổ thông trung học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, 1993 [10] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hƣng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Tuý, Phạm Quý Tƣ Vật Lý 12 nâng cao, NXBGD, 2008 [11] Nguyễn Thế Khôi, Vũ Thanh Khiết (Đồng chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hƣng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình Thiết, Vũ Đình Tuý, Phạm Quý Tƣ Bài tập Vật Lý 12 nâng cao, NXBGD, 2008 17 [12] Ngô Diệu Nga Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên cứu khoa học dạy học Vật Lý, 2003 [13] Phạm Xuân Quế Sử dụng máy tính hỗ trợ việc xây dựng mơ hình dạy học vật lý, Tạp chí Nghiên cứu Giáo dục, số 4/2000 [14] TS Đinh Thị Kim Thoa, Bài giảng phương pháp công nghệ dạy học đại, ĐHGD – ĐHQGHN, 2001 [15] Phạm Hữu Tòng Bài tập phương pháp dạy tập vật lý, NXBGD, Hà Nội, 1994 [16] Đỗ Hƣơng Trà, Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật Lý, Hà Nội, 2008 [17] Bùi văn Loát , Địa Vật Lý hạt nhân, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội, 2009 [18] Bùi văn Loát , Thống kê sử lý số liệu thực nghiệm Vật Lý hạt nhân, Nhà xuất ĐHQG Hà Nội, 2011 18 ... lý giúp tơi chọn đề tài ? ?Sử dụng ngơn ngữ lập trình Mathematica để giải số toán “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao? ?? làm đề tài Luận văn... kết phóng xạ hạt nhân” vật lý 12 nâng cao Với đặc thù phần mềm tốn học Mathematica, chúng tơi nhận thấy sử dụng việc giải số loại tập phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân ” Vật Lý 12 nâng cao. .. đích nghiên cứu Vận dụng lý luận giải tập Vật lý sử dụng hệ thống phần mềm Mathematica giải số tập thuộc phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” sách giáo khoa lớp nâng cao lớp 12 Tổ chức dạy học