Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống
1
/ 79 trang
THÔNG TIN TÀI LIỆU
Nội dung
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC o0o ĐINH ĐỨC CHÍNH DẠY HỌC BÀI TỐN DAO ĐỘNG VÀ SĨNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH ĐƢỢC XÂY DỰNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI - 2009 z Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC o0o DẠY HỌC BÀI TỐN DAO ĐỘNG VÀ SĨNG SỬ DỤNG MƠ HÌNH ĐƢỢC XÂY DỰNG BẰNG PHẦN MỀM MATLAB LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN VẬT LÝ) Mã số: 601410 Học viên: Đinh Đức Chính Cao học Sƣ phạm Vật lý khóa Cán hƣớng dẫn: TS Bùi Văn Lốt HÀ NỘI - 2009 Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 z Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại hc Giỏo dc - HQGHN Lời cảm ơn Lun đƣợc hoàn thành từ cố gắng ngƣời thực hỗ trợ to lớn nhiều ngƣời Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn thầy cô giảng dạy trƣờng Đại học Giáo dục, Đại Học Quốc Gia Hà Nội quan tâm giúp đỡ suốt thời gian học tập thực luận văn tốt nghiệp Đặc biệt muốn cảm ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Văn Loát - thầy ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, bảo, giảng dạy chuyên môn phƣơng pháp nghiên cứu đề tài khoa học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn đến ngƣời thân yêu gia đình, bạn bè sát cánh động viên, ủng hộ tơi suốt q trình làm luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà nội, tháng 11 năm 2009 Học viên Đinh Đức Chính Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 z Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chƣơng CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÝ SỬ DỤNG MƠ HÌNH Ở TRƢỜNG PHỔ THƠNG 1.1 Tổng quan mơ hình 1.1.1 Định nghĩa mơ hình 1.1.2 Chức mơ hình Vật lý học 10 1.1.3 Các loại mơ hình Vật lý 11 1.1.4 Phƣơng pháp mơ hình nghiên cứu Vật lý giai đoạn của 11 1.1.5 Phƣơng pháp mơ hình dạy học Vật lý 14 Chƣơng TỔNG QUAN VỀ MATLAB VÀ CÁC ỨNG DỤNG 16 2.1 Giới thiệu chung 16 2.2 Sơ lƣợc GUI 18 2.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mơ hình vật lý học ứng dụng giảng dạy 19 Chƣơng ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH DẠY HỌC TRONG PHẦN DAO ĐỘNG VÀ SÓNG (BAO GỒM DAO ĐỘNG CƠ, SÓNG CƠ VÀ ÂM HỌC) 21 3.1 Dao động điều hòa 21 3.1.1 Những vấn đề chung 21 3.1.2 Liên hệ dao động điều hòa với chuyển động tròn 28 3.1.3 Vấn đề tổng hợp dao động điều hoà 29 3.1.4 Dao động lắc lò xo 33 3.1.5 Dao động lắc đơn 38 3.2 Sóng học 45 3.2.1 Những vấn đề chung sóng học 45 3.2.2 Mô truyền sóng 49 3.2.3 Giao thoa sóng học 51 Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 z Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN 3.2.4 3.3 Sóng dừng học 55 Sóng âm 59 3.3.1 Các khái niệm 59 3.3.2 Các tính chất âm 59 3.3.3 Hiệu ứng Doppler âm học 60 3.3.4 Mô hiệu ứng Doppler âm học 61 Chƣơng THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 63 4.1 Mục đích thực nghiê ̣m sƣ phạm 63 4.2 Đối tƣợng của thực nghiê ̣m sƣ phạm 63 4.3 Phƣơng pháp thực nghiê ̣m 64 4.3.1 Công tác chuẩn bị 64 4.3.2 Hình thức tổ chức quá triǹ h thực nghiê ̣m 64 4.3.3 Tiêu chí đánh giá kế t quả hoạt động thực nghiê ̣m sƣ phạm 64 4.4 Thời gian tiế n hành thực nghiê ̣m: 65 4.5 Kế t quả thực nghiê ̣m và nhâ ̣n xét 65 4.5.1 Kế t quả kiể m tra phầ n kiế n th ức khác , khơng sử dụng ph ƣơng pháp mơ hình hóa 65 4.5.2 Kế t quả kiể m tra sau h ọc xong nội dung Dao động, sóng cơ, sóng âm 66 4.5.3 Nhâ ̣n xét chung 67 KẾT LUẬN 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC 75 Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 z luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Cuộc cách mạng cơng nghệ thông tin năm cuối kỷ 20 đem lại vô số thành tựu góp phần to lớn phát triển mặt xã hội loài ngƣời Hoạt động dạy học với hoạt động khác xã hội đƣợc tin học hóa mạnh mẽ Điều việc tiến hành xây dựng kết cấu hạ tầng thông tin mà chất nó nằm thay đổi nội dung, hình thức tổ chức dạy học thay đổi tƣ ngƣời dạy ngƣời học tất cấp bậc giáo dục Việc phát triển lực tƣ duy, lực giải vấn đề học sinh trung học phổ thông mục tiêu công đổi phƣơng pháp dạy học Đây nhiệm vụ khó khăn nội dung dạy học nặng nề chế độ thi cử định hƣớng mục đích học tập Học sinh trƣờng Trung học phổ thông ít có điều kiện để đƣợc rèn luyện tƣ khoa học, kĩ thu thập, xử lý thông tin Việc tiếp cận với tin học cách thƣờng xuyên dần hình thành cho học sinh kinh nghiệm thu thập xử lý thông tin, nhƣng chừng đó chƣa đủ Vai trò tổ chức hoạt động học tập ứng dụng cơng nghệ tin học địi hỏi ngƣời giáo viên phải hiểu sử dụng máy tính phần mềm cách thục Dạy học Vật lý dạy tƣợng Việc mơ phỏng, mơ hình hóa tƣợng Vật lý phần mềm giúp học sinh nhận thức tƣợng cách trực quan Dạy học Vật lý với hỗ trợ mơ hình tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời lƣợng thảo luận giải vấn đề thuộc chất tƣợng Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab z luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN Hiện mạng xã hội ảo trở nên phổ biến phát triển mạnh mẽ nhiều năm tới Việc tìm kiếm, chia sẻ thông tin mạng internet trở nên phổ biến, điều đòi hỏi ngƣời giáo viên hệ có hiểu biết sâu máy tính, mạng, kĩ thuật số Trao đổi thông tin cộng đồng mạng xã hội ảo phát triển mạnh mẽ khiến cho lƣợng thơng tin lồi ngƣời tăng lên chóng mặt Việc lựa chọn thông tin có ích cho công tác giáo viên quan trọng Với giáo viên giảng dạy môn Vật lý họ cần tiện ích, phần mềm, tài liệu… môn họ Nhƣ vậy, giáo viên cần đến công cụ đó có thể dễ dàng thiết kế, xây dựng mơ hình Vật lý, có cộng đồng phát triển đông đảo, đồng thời tính tƣơng thích kế thừa cao Matlab phần mềm có thể thỏa mãn đa số yêu cầu đó Xuất phát từ vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “Dạy học tốn dao động sóng sử dụng mơ hình xây dựng phần mềm Matlab” làm đề tài nghiên cứu luận văn Mục đích nghiên cứu Sử dụng phần mềm Matlab thiết kế số mơ hình để giúp học sinh hình thành tƣ logic, giải vấn đề phần Dao động cơ, sóng âm học đƣợc học trƣờng phổ thông Rèn luyện tƣ phê phán, đối thoại sáng tạo cho học sinh Đối tƣợng nghiên cứu Các khái niệm Dao động học, sóng cơ, sóng âm nhƣ dao động tuần hoàn, tần số, biên độ, lƣợng, bƣớc sóng, vận tốc truyền sóng mối quan hệ chúng Hoạt động giáo viên học sinh dạy học kiến thức Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab z luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN Giả thuyết khoa học Nếu có thể dùng phần mềm Matlab mơ hình hóa số khái niệm bản, tƣợng mối quan hệ đại lƣợng phần Dao động học, sóng âm học mơ hình giúp học sinh nhận thức sâu sắc chất Vật lý vấn đề có thể làm cho học sinh tiếp thu kiến thức cách tích cực, ghi nhớ cách logic vận dụng sáng tạo Việc mơ hình hóa góp phần đẩy mạnh q trình đổi phƣơng pháp giảng dạy mơn Vật lý trƣờng phổ thông Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu sở lý luận phƣơng pháp mơ hình hóa, đó tập trung vào mơ hình lý tƣởng, mơ hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động, biến đổi đối tƣợng Vật lý Nghiên cứu nội dung dạy học thuộc phần Dao động học, sóng âm học chƣơng trình Vật lý phổ thơng Nghiên cứu phƣơng pháp xây dựng mơ hình phần mềm Matlab Thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá hiệu phƣơng pháp giảng dạy sử dụng mơ hình đƣợc thiết kế Matlab Phạm vi nghiên cứu Các kiến thức dao động học, sóng sóng âm sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Các thực nghiệm sƣ phạm 01 lớp 12 Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm Phƣơng pháp điều tra thăm dị Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab z luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN Đóng góp đề tài Góp phần làm sáng tỏ vai trị phƣơng pháp mơ hình hóa phần mềm máy tính dạy học Vật lý trƣờng phổ thơng Cung cấp hiểu biết phần mềm Matlab ứng dụng Tạo số mơ hình có giá trị thực tiễn Cấu trúc luận văn Trên sở nội dung đề tài lựa chọn, luận văn đƣợc chia làm phần nhƣ sau: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận phƣơng pháp dạy học Vật lý sử dụng mô hình trƣờng phổ thơng Chƣơng 2: Tổng quan Matlab ứng dụng Chƣơng 3: Ứng dụng Matlab thiết kế số mơ hình dạy học phần Dao động sóng (bao gồm Dao động cơ, sóng âm học) Chƣơng 4: Thử nghiệm ứng dụng mơ hình đƣợc xây dựng Matlab vào dạy học trƣờng phổ thông Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab z luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý – Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN Chƣơng 1.CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC VẬT LÝ SỬ DỤNG MƠ HÌNH Ở TRƢỜNG PHỔ THƠNG 1.1 Tổng quan mơ hình 1.1.1 Định nghĩa mơ hình Kiến thức hiểu biết nhà khoa học giới thƣờng đƣợc thể mơ hình Có nhiều định nghĩa mơ hình, theo định nghĩa David W Stockburger[1] “Mơ hình biểu diễn nội dung thuộc tính chất vật tƣợng giới thực” Cũng theo ơng, mơ hình có hai dạng Thứ mơ hình vật lý, thí dụ nhƣ mơ hình máy bay, thiết kế kiến trúc tồ nhà Thứ hai mơ hình kí tự, thí dụ nhƣ chữ viết, chƣơng trình máy tính hay phƣơng trình tốn học Trong Vâ ̣t lý ho ̣c , V.A Stopho đã đinh ̣ nghiã mô hiǹ h nhƣ sau : “Mơ hình hệ thống đƣợc hình dung óc hay đƣợc thực cách vật chất, hệ thống đó phản ánh thuộc tính chất đối tƣợng nghiên cứu tái tạo nó, việc nghiên cứu mơ hình cung cấp cho ta thông tin đối tƣợng.” Mô hình phản ánh số thuộc tính chất vật, tƣợng đƣợc nghiên cứu Điều cho thấy vật, tƣợng đƣợc phản ánh nhiều mơ hình khác nhau, đó mơ hình thể vài thuộc tính mà ta quan tâm theo cách tiếp cận khác ngƣời xây dựng mơ hình Vậy mơ hình khơng đồng với vật, tƣợng mà phản ánh [1] David W.Stockburger, Introductory Statistics: Concepts, Models, and Applications, Emeritus Professor, Missouri State University Đinh Đức Chính – Học viên cao học LL&PP K2 luan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlabluan.van.thac.si.day.hoc.bai.toan.dao.dong.va.song.su.dung.mo.hinh.duoc.xay.dung.bang.phan.mem.matlab z