Giải bài tập chương Dao động cơ Vật lý lớp 12 trung học phổ thông bằng ngôn ngữ lập trình Matlab

Trong đó giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp được xác định từ lâu trong giảng dạy Vật lí có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực của học sinh.. Tiến

MỤC LỤC

Lời cảm ơn……… i

Danh mục viết tắt………ii

Danh mục các bảng hình……….iii

Mục lục………iV MỞ ĐẦU 1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATLAP 5

1.1 Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập Vật lí……… 5

1.1.1 Khái niệm về bài tập Vật lí ……….5

1.1.2 Vai trò của bài tập vật lí ……….……5

1.1.3 Phân loại bài tập vật lí ………7

1.1.4 Phương pháp giải bài tập vật lí ……….13

1.1.5 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí……… 16

1.1.5.2 Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn Ơrixtic)……… …… 17

1.2.Vai trò, ý nghĩa của việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy học….…… 19

1.2.1 Giáo dục và công nghệ……… 19

1.2.2 Vai trò của CNTT trong dạy học Vật lí……….20

1.2.3 Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học môn Vật lí…… 21

1.2.4 Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí…22 1.3 Giới thiệu phần mềm Matlab 23

1.3.1 Các kiểu dữ liệu……….24

1.3.2 Các phép tính với ma trận……… … 24

1.3.3 Cú pháp……….25

1.3.4 Cú pháp đặc biệt (syntactic sugar)……….26

1.3.5 Tính năng vẽ đồ thị……… 26

1.4 Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lí ở một số trường phổ thông……….27

1.4.1 Đối với giáo viên……… 27

1.4.2 Đối với học sinh………29

Kết luận chương 1 30

Chương 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATLAB………31

2.1 Phân tích nội dung kiến thức phần “Dao động cơ ” chương trình Vật lí 12 Cơ bản……….……31

2.1.1 Vị trí chương “Dao động cơ ” trong chương trình Vật lí 12 cơ bản… 31

1.2 Chuẩn kiến thức, kĩ năng……… ……… 31

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương………33

2.2 Tóm tắt mội dung kiến thức cơ bản……… 35

2.2.1 Các khái niệm cơ bản ……… 35

2.2.2 Các công thức sử dụng……… 35

2.3 Đặc điểm, cấu trúc nội dung chương “Dao động cơ ” vật lí 12 Ban cơ bản 37

2.3.1 Nội dung chương trình Vật lý 12 Cơ bản 37

2.3.2 Về phân phối chương trình 38

2.4 Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập chương Dao động cơ…… 38

2.4.1 Phân loại bài tập chương Dao động cơ……….38

2.4.2 Soạn thảo hệ thống bài tập chương Dao động cơ……… 39

2.4.3 Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng hệ thống bài tập đã soạn thảo 41

Kết luận chương 2……… 61

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM……… 61

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của TNSP……….62

3.2 Đối tượng, thời gian và phương thức TNSP 62

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 62

3.3 Phân tích và đánh giá thực nghiệm sư phạm 63

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 63

3.3.2 Kết quả TNSP của các lớp TN và ĐC……… 65

Kết luận chương 3………71

KẾT LUẬN………73

TÀI LIỆU THAM KHẢO………76

PHỤ LỤC……… ……… 78

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT trong dạy

học Vật lí ở các trường THPT………

Bảng 1.3 Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT của HS trong việc tự học………

Bảng 3.1 Bảng thống kế điểm số………

Bảng 3.2 Xử lí kết quả………

Bảng 3.3 Các tham số đặc trưng………

Bảng 3.4 Bảng tần suất và tần suất luỹ tích………

28 30 67 67 68 68 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phân loại bài tập vật lí………

Hình 1.2 Lập luận theo phương pháp phân tích………

Hình 1.3 Lập luận phươg pháp tổng hợp………

Hình 3.1 Đường phân bố tần suất………

Hình 3.2 Dường phân bố tần suất luỹ tích ( hội tụ ωi%)…………

Hình 3.2 Đường phân bố tần suất luỹ tích ( hội tụ lùi ω%)………

8

11

11

69

69

69

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Hiện nay, với sự bùng nổ thông tin, số lượng thông tin càng ngày càng tăng nhanh Máy tính tham gia vào quá trình xử lí thông tin kéo theo sự thay đổi nhanh chóng của các ngành, các nghề khác nhau, thay đổi toàn diện bộ mặt xã hội Ngành giáo dục cũng không nằm ngoài sự ảnh hưởng đó, thậm chí còn bị ảnh hưởng mạnh mẽ

Trước tình hình đó, Bộ Giáo dục và Đào tạo cần thay đổi đồng bộ các thành tố của quá trình dạy học về mục tiêu, nội dung, phương pháp, hình thức

tổ chức, phương tiện, kiểm tra đánh giá nhằm kích thích khả năng tư duy, sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh (HS), đổi mới phương pháp dạy học nhằm tạo được những con người có khả năng đáp ứng được với những yêu cầu của thị trường lao động

Ở nước ta, trong những năm gần đây, thực hiện việc nghiên cứu đổi mới nội dung phương pháp dạy học nhằm bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận thức khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học nói chung và dạy Vật lý nói riêng đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà lý luận dạy học, các giáo viên phổ thông

Quá trình dạy học Vật lí có thể nâng cao chất lượng học tập và phát triển năng lực của học sinh bằng nhiều phương pháp, cách thức khác nhau Trong đó giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp được xác định từ lâu trong giảng dạy Vật lí có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực của học sinh Đó là một thước đo đúng đắn, thực chất sự tiếp thu, vận dụng kiến thức và kĩ năng, kĩ xảo của học sinh Bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết phân tích những vấn đề thực tiễn Thông qua việc giải các dạng bài tập, học sinh vận dụng kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn kiến

Việc sử dụng phần mềm để mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng Vật

lý giúp học sinh nhận thức vấn đề, nhận thức các hiện tượng vật lý một cách trực quan Việc dạy học Vật lý với sự hỗ trợ của các phần mềm sẽ tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời gian thảo luận và giải quyết vấn đề thuộc bản chất của hiện tượng Với việc sử dụng phần mềm, mô hình

để trong dạy học Vật lý sẽ cho phép tăng cường việc tương tác giữa người dạy

và người học

Matlab là một môi trường tính toán số được phát triển bởi The MathWorks, Matlab một trong những ngôn ngữ lập trình rất mạnh ngày càng được sử dụng nhiều trong kỹ thuật và Vật lý Nó có thể thiết kế để giải các bài toán bằng số, tích hợp tính toán, hiện thị và lập trình trong một môi trường dễ

sử dụng Các ứng dụng tiêu biểu của Matlab như là hỗ trợ toán học và tính toán, mô hình, mô phỏng, phân tích, khảo sát và hiển' thị số liệu, đồ thị Vì thế,

chúng tôi chọn đề tài “Giải bài tập chương "Dao động cơ" vật lý 12 trung học phổ thông bằng ngôn ngữ lập trình Matlab”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap để giải bài tập chương “Dao động

cơ ” sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản và thiết kế phương án dạy học với các bài tập đó

3 Đối tƣợng nghiên cứu

5 Câu hỏi nghiên cứu

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap để giải bài tập chương “Dao động cơ” và phương án thiết kế dạy bài tập đó như thế nào?

6 Giả thuyết khoa học

Sử dụng ngôn ngữ Matlap lập trình các bài tập chương “Dao động cơ ” với độ trực quan và khả năng khái quát hóa cao nhằm phát huy tính tích cực của HS

7 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài để xác định cơ sở lí luận của việc xây dựng bải tập Vật lý chương “Dao động cơ ” nhằm phát huy

tính tích cực nhận thức cho HS

Điều tra, khảo sát tình hình dạy học bài tập và việc ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) trong giảng dạy phần “Dao động cơ ” sách giáo khoa Vật lý

12 cơ bản

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab xây dựng các dạng bài tập trong

sách giáo khoa phần “Dao động cơ ” sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản

Thiết kế phương án dạy học phần “Dao động cơ ” sách giáo khoa Vật

lý 12 Ban cơ bản với các dạng bài tập đã xây dựng

Thực nghiệm sư phạm, kiểm nghiệm tính hiệu quả của các dạng bài tập đã thiết kế trong dạy học phần “Dao động cơ " sách giáo khoa Vật lý 12

cơ bản

8 Phương pháp nghiên cứu

8.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

Nghiên cứu các tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài nghiên cứu nhằm xác định cơ sở lý luận của đề tài

8.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Điều tra giáo dục: Phỏng vấn gián tiếp bằng phiếu hỏi và toạ đàm trực tiếp với các đối tượng là giáo viên, học sinh về thực trạng dạy học vật lý ở trường phổ thông

Quan sát sư phạm: Dự giờ của giáo viên vật lý

Tiến hành dạy một số tiết học có sử dụng phần mềm dạy học theo hướng tích hóa hoạt động nhận thức của học sinh; quan sát, kiểm tra đánh giá hoạt động của HS khi học các giờ học này, sau đó so sánh với các lớp đối chứng; kết hợp với việc trao đổi ý kiến của GV về các bài học có sử dụng phần mền thí nghiệm ảo này

* Thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu TNSP, so sánh kết quả học tập của hai nhóm thực nghiệm và đối chứng, từ đó rút ra nhận xét nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài

Tạo ra một số mô hình có giá trị thực tiễn

10 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được chia thành 3 chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của hoạt động dạy giải bài tập vật

lí phổ thông có sự hỗ trợ của ngôn ngữ lập trình Matlab

Chương 2: Soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với

các hệ thống bài tập có sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab vào chương “Dao động cơ " Sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY

GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA

PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATLAB 1.1 Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập Vật lí

1.1.1 Khái niệm về bài tập Vật lí [1]

Theo X.E Camenetxki và V.P.Oorrekhop « Trong thực tế dạy học, bài tập Vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi hỏi những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí » Thực ra, trong các giờ học Vật lí, mỗi một vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa trong các tiết học chính là một bài tập đối với học sinh Hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng một cách tích cực luôn luôn là việc giải bài tập

Trong các tài liệu giáo khoa cũng như các tài liệu về phương pháp dạy học bộ môn người ta thường hiểu bài tập Vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng Vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy Vật lí của học sinh

và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn

Với định nghĩa trên, cả hai ý nghĩa khác nhau của bài tập Vật lí là vận dụng kiến thức và hình thành kiến thức mới đều có mặt Do đó, bài tập Vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học giữ vị trí đặc biệt quan trọng trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở nhà trường phổ thông

1.1.2 Vai trò của bài tập vật lí [1]

Thông qua dạy học về bài tập vật lí, người học có thể nắm vững một cách chính xác, sâu sắc và toàn diện hơn những quy luật Vật lí, những hiện tượng Vật lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn, làm cho kiến thức trở thành vốn riêng của người học

Bài tập Vật lí có thể được sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên

các tình huống cụ thể do bài tập đề ra, học sinh có nhu cầu tìm kiếm kiến thức mới, đảm bảo cho học sinh lĩnh hội kiến thức một cách sâu sắc

Trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể do bài tập đề ra học sinh phải phân tích đề bài, xem đề bài đã cho gì, cần gì, học sinh phải tái hiện kiến thức, vận dụng các thao tác tư duy như so sánh, phân tích, tổng hợp, trừu tượng hóa, khái quát hóa để xác lập mối quan hệ giữa các đại lượng, lập luận, tính toán, có khi phải tiến hành thí nghiệm, đo đạc, kiểm tra kết luận Vì thế, bài tập Vật lí sẽ là phương tiện rất tốt để phát huy tư duy, óc tưởng tượng, bồi dưỡng hứng thú học tập và phương pháp nghiên cứu khoa học cho người học, đặc biệt là khi phải khám phá ra bản chất của hiện tượng Vật lí được trình bày dưới dạng các tình huống vấn đề

Bài tập vật lí còn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và

là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh Khi giải bài tập Vật lí, học sinh phải nhớ lại kiến thức vừa học, đào sâu khía cạnh nào đó của kiến thức hoặc phải tổng hợp kiến thức trong một đề tài, một chương hoặc một phần của chương trình

Bài tập Vật lí còn có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp Các bài tập Vật lí có thể đề cập đến các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống, khoa học kĩ thuật, thông tin liên lạc, giao thông vận tải, sản xuất nông nghiệp Các bài tập này là phương tiện thuận lợi để học sinh liên hệ lí thuyết với thực hành, học tập với đời sống, vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn sản xuất và cuộc sống

Để có được nền khoa học Vật lí như ngày nay, lịch sử vật lí đã trải qua bao cuộc thăng trầm, đấu tranh quyết liệt chống lại tư tưởng bảo thủ, lạc hậu, phản động Nhờ dạy học bài tập Vật lí giáo viên có thể giới thiệu cho học sinh biết sự xuất hiện những tư tưởng và quan điểm tiên tiến hiện đại, các phát minh làm thay đổi thế giới Tiếp xúc với các hiện tượng đời sống hàng ngày qua các bài tập Vật lí giúp học sinh nhìn thấy khoa học Vật lí ở xung quanh mình, qua đó kích thích hứng thú, đam mê của các em với môn học, bồi

dưỡng khả năng quan sát Bài tập Vật lí góp phần xây dựng một thế giới quan duy vật biện chứng cho học sinh, làm cho họ hiểu rõ thế giới tự nhiên là thế giới vật chất, vật chất luôn ở trạng thái vận động, họ mong muốn đem tài năng

và trí tuệ của mình cải tạo thiên nhiên

Giải bài tập vật lí không phải là một công việc nhẹ nhàng, nó đòi hỏi sự làm việc căng thẳng, tích cực của học sinh, một sựu vận dụng tổng hợp những kiến thức, kinh nghiệm đã có thể tìm lời giải nêu ra trong bài tập vật lí

Tuy nhiên không phải cứ cho học sinh làm bài tập là chúng ta đạt ngay được các yêu cầu mong muốn Bài tập vật lí chỉ phát huy tác dụng to lớn của

nó trong những điều kiện sư phạm nhất định Kết quả rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo giải bài tập phụ thuộc rất nhiều vào việc có hay không có một hệ thống bài tập được lựa chọn và sắp xếp phù hợp với mục đích dạy học, với yêu cầu rèn luyện kĩ năng kĩ xảo cho người học

1.1.3 Phân loại bài tập vật lí [9]

Số lượng các bài tập Vật lí sử dụng trong thực tiễn dạy học hiện nay rất nhiều, vì vậy cần có sự phân loại sao cho có tính tương đối thống nhất về mặt lí luận cũng như thực tiễn để người dạy lựa chọn và sử dụng hợp lí các bài tập Vật lí trong dạy học Các bài tập vật lí khác nhau về nội dung và mục đích dạy học, trong dạy học vật lí có thể phân loại chúng theo các cách sau:

- Phân loại theo nội dung

- Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

- Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Tuy nhiên, cần nói thêm rằng, các phương án phân loại dưới đây không hoàn toàn tách biệt, một bài tập cụ thể có thể đồng thời thuộc một vài nhóm khác nhau

Hình 1.1 Phân loại bài tập vật lí

1.1.3.1 Phân loại bài tập theo nội dung

Nên chia các bài tập theo các đề tài của tài liệu vật lí của chúng Theo

đó, người ta phân thành các bài tập về Cơ học, Vật lí phân tử, Điện học sự phân chia này mang tính quy ước, bởi vì kiến thức sử dụng trong giả thiết một bài tập thường không phải chỉ lấy trong một chương mà có thể lấy từ các chương, các phần vật lí khác nhau trong chương trình vật lí đã học

Theo nội dung, bài tập vật lí cũng có thể phân chia thành các bài tập

có nội dung trừu tượng và bài tập có nội dung cụ thể Ở các bài tập có nội dung trừu tượng, các dữ kiện đều cho dưới dạng các kí hiệu, lời giải cũng sẽ biểu diễn dưới dạng một công thức chứa đựng ẩn số và dữ kiện đã cho

Ngược lại, với các bài tập có nội dung cụ thể, các dữ kiện đều cho dưới dạng các con số cụ thể Ưu điểm của bài tập trừu tượng là nhấn mạnh

Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

Phân loại theo

nội dung

BÀI TẬP VẬT LÍ

Phân loại theo yêu cầu phát triển tư duy

Bài tập luyệ

n tập

Bài tập sáng tạo

Bài tập

đồ thị

Trắc nghiêm khách quan

Bài tập định tính

Bài tập định lượn

g

Bài tập thí nghiệ

Kĩ thu

ật tổng hợp

Bài tập

có nội dun

g lịch

sử

Cơ Nhiệt Điện Quang

Bài tập vật lí vui

bản chất vật lí của hiện tượng mô tả trong bài tập, còn ưu điểm của các bài tập

cụ thể mang đặc trưng trực quan gắn liền với thực tiễn, với kinh nghiệm sống của học sinh

Các bài tập mà nội dung chứa đựng những tài liệu về kĩ thuật, về sản xuất công nông nghiệp, về giao thông liên lạc được gọi là những bài tập có nội dung kĩ thuật tổng hợp

- Bài tập có nội dung lịch sử: đó là những bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc điểm lịch sử: những dữ liệu về các thí nghiệm vật lí, về những phát minh sáng chế hoặc về những câu chuyện có tính chất lịch sử

Ngoài ra, để phát triển và duy trì hứng thú học vật lí, người ta thường

sử dụng các bài tập vật lí vui làm cho bài học sinh động Trong các bài tập như vậy các điều kiện của bài tập thường chứa đựng các yếu tố nghịch lí hoặc gây trí tò mò ở học sinh

1.1.3.2 Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải

Theo đó, người ta sẽ phân ra thành các dạng: bài tập định tính, bài tập định lượng, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập trắc nghiệm khách quan

- Bài tập định tính: Có hai loại bài tập định tính là: Giải thích hiện

tượng và dự đoán hiện tượng

+ Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lí giải

xem vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế Trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập được mối quan hệ giữa hiện tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một số định luật vật lí Thực hiện phép suy luận logic luận ba đoạn trong đó tiền đề thứ nhất là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lí tổng quát, tiền đề thứ hai là những điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tượng được nêu ra

+ Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được hiện tượng gì xảy ra và xảy ra thế nào Ta thực hiện suy luận lôgic, thiết lập

riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất (phán đoán khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng) Trong trường hợp hiện tượng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tượng

- Bài tập định lƣợng (bài tập tính toán): Đó là các bài tập khi giải

phải sử dụng các phương pháp Toán học, bằng cách dựa trên các định luật, các quy tắc và công thức Vật lí Đây là dạng bài tập phổ biến, thường được soạn thảo cho chương trình Vật lí phổ thông Các bài tập này có thể giải trên lớp, trong giờ luyện tập, giao về nhà cho học sinh tập vận dụng kiến thức (sau

đó có sự kiểm tra của giáo viên) Dạng bài tập này có ưu điểm làm sâu sắc các kiến thức của học sinh, rèn luyện cho học sinh vận dụng phương pháp nhận thức đặc thù của Vật lí, đặc biệt phương pháp suy luận Toán học Tuỳ theo phương pháp Toán học được vận dụng, bài tập tính toán được quy về các bài tập số học, đại số và hình học

- Phương pháp số học: Phương pháp giải chủ yếu là phương pháp số học, tác động lên các con số hoặc các biểu diễn chữ mà không cần thành lập phương trình để tìm ra ẩn số

- Phương pháp đại số: Dựa trên các công thức Vật lí, lập các phương trình từ đó giải chúng để tìm ra ẩn số

- Phương pháp hình học: Khi giải dựa vào hình dạng của đối lượng, các

dữ liệu cho theo hình vẽ để vận dụng quy tắc hình học hoặc lượng giác để giải

Trong các phương pháp trên, phương pháp đại số là phương pháp phổ biến nhất, quan trọng hơn cả vì vậy cần thường xuyên quan tâm rèn luyện cho học sinh

-Phương pháp phân tích:

+ Tìm một định luật, một qui tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại lượng cần tìm một vài đại lượng khác chưa biết

+ Tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho biết mối quan

hệ giữa đại lượng chưa biết này với các đại lượng đã biết trong đề bài Cuối

cùng tìm được một công thức chỉ chứa đại lượng cần tìm với đại lượng đã biết

SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

Định luật 1(Công thức 1) x= f(y,z)

+ Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm với các đại lượng đã cho

SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

Định luật 1(Công thức 1) p=f(b)

Hình 1.3

Hai phương pháp trên đều có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau Phương pháp phân tích nếu tìm được công thức đúng thì nhanh chóng hướng tới kết quả bài toán Tuy nhiên, học sinh không tập trung chú ý nhiều vào các giai đoạn trung gian, điều đó nói chung là không có lợi, đặc biệt đối với học sinh yếu, họ sẽ nắm bản chất Vật lí kém sâu sắc hơn Phương pháp tổng hợp cho phép đi sâu vào các giai đoạn trung gian, học sinh chú ý hơn tới bản chất Vật lí và mối liên hệ giữa các đại lượng và hiện tượng Phương pháp tổng hợp giống như phương pháp " thử " và “ sai ” nên gần với tư duy trực quan, cụ thể của học sinh Trong khi phương pháp phân tích đòi hỏi cao hơn

về mức độ tư duy logic và chuẩn bị Toán học Vì vậy căn cứ vào đối tượng học sinh, mục đích dạy học, giáo viên nên sử dụng hợp lí các phương pháp này Trong những bài tập tính toán tổng hợp, hiện tượng xảy ra do nhiều nguyên nhân, trải qua nhiều giai đoạn, khi xây dựng lập luận có thể phối hợp hai phương pháp

- Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để

kiểm chứng lời giải bằng lí thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng về mặt giáo dục và giáo dục kĩ thuật tổng hợp, đặc biệt làm sáng tỏ mối quan hệ giữa lí luận và thực tiễn: trong các bài tập thí nghiệm thì trong thí nghiệm chỉ cho các số liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế, cho nên phần vận dụng các định luật vật lý để lý giải các hiện tượng mới là nội dung chính của bài tập thí nghiệm

- Bài tập đồ thị: là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ

kiện để giải phải tìm trong đồ thị đã cho trước hoặc ngược lại Bài tập đòi hỏi học sinh phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng đã nêu trong bài tập Bài tập đồ thị có tác dụng rèn luyện kĩ năng đọc, vẽ đồ thị, và mối quan

hệ hàm số giữa các đại lượng mô tả trong đồ thị

- Bài tập trắc nghiệm khách quan: bài tập dạng trắc nghiệm khách

quan thường dùng để kiểm tra kiến thức trong phạm vi rộng, số lượng người được kiểm tra nhiều, kết quả thu được khách quan không phụ thuộc người chấm Bài tập dạng này yêu cầu học sinh phải nhớ, hiểu và vận dụng đồng thời rất nhiều các kiến thức liên quan

Khi lựa chọn các nội dung các bài tập nên đi từ đơn giản đến phức tạp, tăng cường cá nhân hóa hoạt động của học sinh tương ứng với năng lực

và kiến thức của họ Phân chia các bài toán theo các cấp độ: đơn giản, phức tạp, mức độ sáng tạo Có thể quy ước mức độ phức tạp của một bài tập như sau: các bài tập được coi là đơn giản là các bài tập khi giải cần sử dụng một, hai công thức hoặc quy tắc, định luật Vật lí, hình thành một, hai kết luận, thực hành một thí nghiệm đơn giản Những bài tập này thường được gọi là các bài luyện tập Nhờ các bài tập này có thể củng cố các kiến thức đã học Các bài tập phức tạp hơn (còn gọi là các bài tập tổng hợp), khi giải thường phải sử dụng các định luật vật lí, nhiều khi thuộc các phần khác nhau của định luật vật

lí, đưa ra một vài kết luận, sử dụng một số kĩ năng thực nghiệm

1.1.4 Phương pháp giải bài tập vật lí

Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và sửa bài tập gặp không ít

khó khăn vì học sinh thường không có kiến thức lý thuyết chắc chắn và kĩ năng vận dụng kiến thức vật lí còn hạn chế Vì vậy các em giải một cách mò mẫm, không có định hướng rõ ràng, áp dụng công thức máy móc và nhiều khi không giải được Có nhiều nguyên nhân [13]:

- Học sinh chưa có phương pháp khoa học để giải bài tập vật lí

- Chưa xác định được mục đích của việc giải bài tập là xem xét, phân tích các hiện tượng vật lí để đi đến bản chất vật lí

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết Nó không những giúp học sinh có kiến thức lý thuyết chắc chắn mà còn rèn luyện

Quá trình giải một bài tập vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí, xác lập được những mối liên hệ cụ thể dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho Từ đó tính toán những mối liên hệ đã xác lập được để dẫn đến lời giải và kết luận chính xác

Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú Vì vậy không thể chỉ ra được một phương pháp nào cụ thể mà có thể áp

dụng để giải được tất cả bài tập Song trong thực tế người ta cũng thừa nhận một quan điểm chung về quá trình giải một bài tập Vật lí Theo quan điểm đó, người thầy giáo không chỉ đơn giản trình bày cách giải cho học sinh mà phải thực hiện nhiệm vụ giáo dục, giáo dưỡng học sinh trong quá trình giải bài tập, cần phải dạy học sinh tự lực giải được bài tập Vật lí Vì vậy sau mỗi chương, mỗi phần của chương trình Vật lí, giáo viên trình bày cách giải mẫu mỗi loại

bài, hình thành cho học sinh thói quen phân tích đúng bài toán, ghi chép và

tính toán một cách hợp lí, rèn luyện tư duy logic Quá trình giải một bài tập Vật lí, đặc biệt là giải một bài tập phức tạp, có thể trải qua các bước chính sau

[10]

Bước 1 Tìm hiểu đề bài

- Đọc, ghi ngắn gọn các dữ kiện xuất phát và các cái phải tìm

- Mô tả lại tình huống được nêu trong bài tập, vẽ hình minh họa Nếu

đề bài yêu cầu, thì phải làm thí nghiệm hoặc vẽ đồ thị để thu được dữ kiện (trong trường hợp bài tập thí nghiệm hoặc bài tập đồ thị) Trong nhiều trường hợp, cần đổi đơn vị của các đại lượng đã cho về đơn vị chuẩn

Bước 2 Xác lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm

- Đối chiếu các dữ kiện xuất phát và cái phải tìm, xem xét bản chất vật lí của tình huống đã cho để nhận ra các định luật, công thức lí thuyết có liên quan

- Xác lập các mối liên hệ cụ thể của các dữ kiện xuất phát và của cái phải tìm

- Lựa chọn các mối liên hệ cơ bản, cho thấy sự liên hệ của cái phải tìm với các dữ kiện xuất phát và từ đó có thể rút ra cái phải tìm

Bước 3 Luận giải rút ra kết quả cần tìm

Từ các mối liên hệ cơ bản đã xác lập, tiếp tục luận giải, tính toán rút ra kết quả cần tìm

Bước 4 Kiểm tra và biện luận kết quả

- Để có thể xác nhận kết quả vừa tìm được cần kiểm tra lại việc giải theo một hoặc một số cách sau:

- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi chưa, đã xét hết các trường hợp chưa

- Kiểm tra tính toán có đúng không?

- Kiểm tra thứ nguyên của các đại lượng có phù hợp không?

- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế có phù hợp không?

- Giải bài tập theo cách khác xem có cho cùng kết quả không?

Hoạt động giải bài tập trong thực tế có khi không thấy tách bạch rõ bước thứ ba với bước thứ hai Có thể, sau khi xác lập được một mối liên hệ vật lí cụ thể nào đó người ta thực hiện ngay sự luận giải với mối liên hệ đó (biến đổi phương trình đó) rồi tiếp sau đó mới lại xác lập một mối liên hệ vật

lí khác Có nghĩa là, các bước có mối liên hệ xen kẽ trong quá trình giải bài tập, vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập để xác lập một mối liên hệ cụ thể, và việc luận giải tiếp theo với mối liên hệ đã xác lập được này Vì vậy, khi khái quát hóa phương trình giải một bài tập vật lí ta vẫn có thể chỉ ra được đâu là những phương trình cơ bản cụ thể cần xác lập để sự luận giải từ các phương trình đó cho phép rút ra kết quả cần tìm [13]

Đối với bài tập phần chương Dao động cơ, việc hướng dẫn học sinh giải bài tập là quan trọng Thực tế cho thấy học sinh chỉ có thể giải bài tập nếu học sinh có kiến thức lý thuyết chắc chắn và thực hiện thành thạo các bước giải bài tập vật lí nói chung Phương pháp giải bài tập chương dao động cơ

cũng có đầy đủ các bước giải giống như phương pháp giải bài tập vật lí nói chung.

Bước 1 Tìm hiểu đề bài

Bước 2 Lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm Bước 3 Luận giải rút ra kết quả cần tìm

Bước 4 Kiểm tra và biện luận kết quả

1.1.5 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

Để việc hướng dẫn giải bài tâp cho học sinh có hiệu quả, thì trước hết giáo viên phải giải được bài tập đó, và phải xuất phát từ mục đích sư phạm để xác định kiểu hướng dẫn cho phù hợp

Ta có thể minh họa bằng sơ đồ sau:

Hình 1.4

Theo đó, tùy theo mục đích sư phạm mà người ta vận dụng các kiểu hướng dẫn khác nhau trong hướng dẫn giải bài tập vật lí

1.1.5.1 Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn Angorit)

Sự hướng dẫn hành động theo mẫu sẵn có thường gọi là hướng dẫn angôrit Hướng dẫn angorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt được các kết quả như mong muốn Những hành động sơ cấp phải được học sinh hiểu một cách đơn giá và học sinh đã nắm vững

Tư duy giải

bài tập vật lí

Phân tích phương pháp giải bài tập vật

lí cụ thể

Mục đích sư

phạm

Xác dịnh kiểu hướng dẫn

Phương pháp hướng dẫn giải bài tập vật lí cụ thể

Kiểu hướng dẫn angorit không đòi hỏi học sinh phải tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, căn cứ theo

đó học sinh sẽ đạt được kết quả, sẽ giải được bài tập đã cho

Kiểu hướng dẫn angorit đòi hỏi giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải bài tập để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ của các hành động cần thực hiện để giải được bài tập và đảm bảo cho các hành động đó là những hành động sơ cấp đối với học sinh Nghĩa là, kiểu hướng dẫn này đòi hỏi phải xác định angorit giải bài tập Kiểu hướng dẫn angorit thường được áp dụng khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một lớp các bài tập điển hình nào đó, nhằm luyện tập cho học sinh các kĩ năng giải một bài tập vật lí xác định Người ta xây dựng các angorit giải cho từng loại bài tập cơ bản, điển hình và luyện tập cho học sinh kĩ năng giải loại bài tập đó dựa trên việc làm cho học sinh nắm chắc các angorit giải

Ưu điểm: Dạy cho học sinh được phương pháp giải một loại bài tập

điển hình Đồng thời, rèn luyện cho học sinh kĩ năng giải một bài tập xác định

Nhược điểm: Học sinh có thói quen chấp hành những hành động đã

được chỉ dẫn theo mẫu đã có sẵn, do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo, hạn chế sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Để khắc phục nhược điểm này, trong quá trình giải bài tập, giáo viên phải lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng angorit cho bài tập

1.1.5.2 Hướng dẫn tìm tòi

Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn Ơrixtic) là kiểu hướng dẫn mang tính

chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết Không phải

là giáo viên chỉ dẫn cho học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo một mẫu đã có để đi tới kết quả mà là giáo viên gợi mở để học sinh tự tìm cách giải quyết, tự xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

vượt qua khó khăn để giải được bài tập, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy học sinh, muốn tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm cách giải

quyết

Ưu điểm: Tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong

việc giải bài tập Kiểu hướng dẫn này đòi hỏi học sinh phải tự lực tìm ra cách giải quyết chứ không phải là học sinh học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu đã được chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo

cho học sinh giải được bài tập một cách chắc chắn

Nhược điểm: Cách hướng dẫn này không phải bao giờ cũng đảm bảo

cho học sinh giải quyết được bài tập một cách chắc chắn Có thể, sự hướng dẫn của giáo viên cho học sinh dễ đưa học sinh đến chỗ chỉ còn việc thừa hành các hành động, theo mẫu, hoặc sự hướng dẫn của giáo viên viển vông, quá chung chung, không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của học sinh Nó phải có tác dụng hướng tư duy của học sinh vào phạm vi cần và có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyết vấn đề Ngoài ra, phương pháp này không thể áp dụng cho toàn bộ đối tượng học sinh do chất lượng học sinh là khác nhau

1.1.5.3 Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa cũng là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết, chứ không thông báo ngay cho học sinh cái có sẵn Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là, giáo viên định hướng hoạt động

tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết của học sinh Nếu học sinh không đáp ứng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát hóa ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh, để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức với học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết thì sự hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu

để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêu cầu của một bước sau đó tiếp

tục yêu cầu học sinh tự lực tìm tòi giải quyết các bước tiếp theo Nếu cần thì giáo viên lại giúp đỡ thêm Cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra Phương pháp hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, nhằm giúp cho học sinh tự giải được bài tập đã cho, đồng thời dạy cho học sinh cách suy nghĩ trong quá trình dạy giải bài tập

Ƣu điểm: Kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu: rèn luyện tư duy

của học sinh trong quá trình giải bài tập và đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho Sự hướng dẫn như vậy đòi hỏi giáo viên theo sát tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh, không thể chỉ dựa vào những lời hướng dẫn có thể soạn sẵn, mà phải kết hợp được việc định hướng với việc kiểm tra kết quả hoạt động của học sinh để điều chỉnh sự giúp đỡ, thích ứng với trình độ của học sinh

Ví dụ: Đối với các bài toán giáo viên có thể hướng dẫn học sinh theo cách định hướng khách quan khái quát hóa như sau: đề bài đã cho cái gì? Yêu cầu tìm cái gì? Hay có thể xác nhận được những mối liên hệ cụ thể gì đối với cái đã cho và cái phải tìm? Nó liên quan đến những kiến thức gì ?

Nhƣợc điểm: Để làm tốt được sự hướng dẫn này phụ thuộc vào trình độ

và khả năng sư phạm của người giáo viên Đôi khi người giáo viên dễ sa vào làm thay cho học sinh trong từng bước định hướng Do vậy, câu hỏi định hướng của giáo viên phải được cân nhắc kỹ và phù hợp với trình độ học sinh Trong quá trình hướng dẫn học sinh giải bài tập không thể theo một khuôn mẫu nhất định, mà tùy thuộc vào nội dung, kiến thức, yêu cầu của bài toán, và còn tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà chúng ta có cách lựa chọn kiểu hướng dẫn cho phù hợp Người giáo viên phải biết phối hợp cả ba kiểu hướng dẫn trên, tận dụng những ưu điểm trong cả ba phương pháp

1.2 Vai trò, ý nghĩa của việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy học

1.2.1 Giáo dục và công nghệ [14]

Công nghệ có nghĩa đơn giản là kỹ thuật hoặc công cụ và những phương pháp có thể áp dụng được để giải quyết các vấn đề cụ thể hoặc thực hiện một mục tiêu nhất định

Hiểu được như thế thì ngôn ngữ và sách vở là những dạng công nghệ

đã được sử dụng từ rất lâu trong lịch sử của nhân loại Đầu tiên là ngôn ngữ, một công cụ rất mạnh giúp cho kiến thức tích lũy có thể được truyền từ thế

hệ này sang thế hệ khác Hàng ngàn năm sau đó xuất hiện chữ viết, cho phép các suy nghĩ và ý tưởng có thể truyền thụ vượt qua mọi giới hạn về thời gian Tiếp theo là kỹ thuật in ấn cho phép tốc độ và số lượng thông tin được chuyển giao tăng vọt Suốt một thời gian dài công cụ giảng dạy chủ yếu là sách và tập vở

Cuối thế kỉ XX, các phát minh về máy tính, video, công nghệ thông tin

và truyền thông đã và đang có những tác động mạnh trên tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội: giáo dục, khoa học, giải trí…Các phương tiện truyền thông cùng với hệ thống mạng toàn cầu internet đã và đang làm thay đổi cách con người tiếp cận tri thức: không chỉ đọc để biết, mà còn nghe, thấy, cảm nhận sự kiện ở xa như đang diễn ra trước mắt Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ trong thập niên cuối thế kỉ XX đến nay đã tạo ra một khối lượng thông tin khổng lồ, chính vì thế khả năng thu nhận và xử lý thông tin một cách chính xác và nhanh chóng là một yêu cầu hết sức quan trọng Như vậy những tiêu chí đào tạo trong xã hội cần phải được thay đổi: cần phải thay khả năng ghi nhớ bằng khả năng tìm kiếm, thu nhận và xử lí thông tin để đạt tới một mục tiêu đặt ra

Hiện nay tất cả mọi người đều công nhận rằng HS phải tiếp cận được máy vi tính, video và các công nghệ hiện đại khác, công nghệ này là cần thiết

vì khả năng sử dụng chúng là đặc điểm thiết yếu cho việc chuẩn bị nghề nghiệp của HS

1.2.2 Vai trò của CNTT trong dạy học Vật lí

Vai trò của CNTT trong dạy học đã thật sự trao quyền chủ động cho

HS và thay đổi cả PPDH của GV Từ vai trò quyết định trong việc học hiện nay người thầy chuyển sang giữ vai trò điều khiển (theo kiểu dạy học lấy HS làm trung tâm) Kiểu dạy học hướng vào HS và hoạt động hóa người học có thể thực hiện được một cách tốt hơn với sự giúp đỡ của máy tính và mạng internet Với các chương trình dạy học đa môi trường (mutilmedia) và được chuẩn bị chu đáo có thể truy cập được nhờ các phương tiện siêu môi trường (hypermedia) giúp cho việc tự học của HS dễ dàng hơn

Đối với ngành Vật lí, ứng dụng CNTT trong dạy học sẽ là một bước chuyển trong qúa trình đổi mới nội dung và PPDH Cụ thể là [14]

- CNTT là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc xây dựng các kiến thức mới

- CNTT tạo môi trường để khám phá kiến thức nhằm hỗ trợ cho quá trình học tập

- CNTT tạo môi trường để hỗ trợ học tập qua thực hành, qua cộng đồng

1.2.3 Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học môn Vật lí

Phần mềm Vật lí có thể kể đến sau đây: Phần mềm Crocodile Physics

là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn Vật lí trong nhà trường phổ thông; PAKMA là một phần mềm chuyên dụng cho bộ môn Vật lí

phần mềm eXe để tập huấn giúp giáo viên thiết kế nội dung học tập môn Vật lí; Working Model để thiết kế thí nghiệm mô phỏng Vật lí…

Các đĩa CD về thí nghiệm Vật lí, các mô hình, các câu hỏi trắc nghiệm

tự kiểm tra … Xu hướng chung của thế giới hiện nay là làm thế nào cho các phần mềm dễ sử dụng như dùng các đĩa CD âm nhạc, phim, phim hoạt hình, trò chơi điện tử, tất nhiên người đọc phải biết tiếng Anh và biết sử dụng vi tính ở mức độ tối thiểu nào đó

Phần mềm dạy học có thể hiểu là các phần mềm dùng cho việc dạy và học trên máy vi tính (có thể nối mạng LAN, WAN, và WWW), phần mềm dạy học Vật lí có thể kể đến các dạng sau [14]

- E-book là các đĩa CD hướng dẫn học một giáo trình Vật lí có bài tập, thí nghiệm mô phỏng, tự kiểm tra đánh giá

- Kiểm tra và thi trắc nghiệm, tự đánh giá kết quả

- Xử lý các số liệu thực nghiệm

- Biểu diễn các mô hình để xây dựng các khái niệm trừu tượng

- Thực hiện các thí nghiệm mô phỏng trên máy

- Xem các thí nghiệm thực hiện trên đĩa

Sử dụng phần mềm trong giảng dạy là công cụ không thể thiếu được trong công nghệ giáo dục nhằm phát huy khả năng sáng tạo của học sinh Xu hướng học tập và giảng dạy đó đang được phổ biến ở các nước tiên tiến Tuy nhiên phần mềm dạy học không thể thay thế được vai trò của người thầy, SGK, các giáo trình, các công cụ dạy học khác Các thí nghiệm mô phỏng và các thí nghiệm ảo không thể thay thế được các thí nghiệm thật ở các phòng thí nghiệm dù là còn thô sơ Việc sử dụng phần mềm trong giảng dạy là một hướng nghiên cứu còn mới mẻ cần được quan tâm nghiên cứu để tiếp tục phát triển

1.2.4 Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí

1.2.4.1 Ƣu điểm

- Là công cụ đắc lực, hỗ trợ cho việc xây dựng kiến thức

- Giúp HS dễ hiểu bài, hiểu một cách sâu sắc hơn và nhớ bài lâu hơn do việc thu nhận thông tin từ các sự vật hiện tượng một cách sinh động, chính xác đầy đủ từ đó nâng cao hứng thú học tập, nâng cao lòng tin của học sinh vào khoa học

- Giúp HS tiếp cận và làm việc với các khoa học kỹ thuật công nghệ hiện đại

- Giúp cho bài học của HS thêm sinh động, phong phú, hấp dẫn đối với

HS

- Giúp tiết kiệm thời gian trong mỗi tiết học

- Giải phóng được người thầy khỏi khối lượng công việc tay chân, do

đó làm tăng khả năng nâng cao chất lượng dạy học

Đặc biệt nếu áp dụng hình thức đào tạo điện tử (E-Learning) sẽ đáp ứng được mọi tiêu chí : Hình thức đào tạo đa dạng, học mọi nơi, học mọi lúc, học mọi thứ và học mềm dẻo, học một cách mở, học suốt đời và tiết kiệm chi phí cho cả người dạy lẫn người học Bởi đặc điểm của E-Learning là hệ thống giảng bài và tài liệu học tập được ghi dưới dạng số hóa, được đặc trưng bởi tính đa dạng và siêu phương tiện, có sự tương tác giữa người học, hệ thống dạy học và người dạy Với các lý do nêu trên, việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí sẽ tạo ra một bước chuyển cơ bản trong quá trình đổi mới nội dung chương trình và PPDH

1.2.4.2 Hạn chế

Tuy nhiên, không thể nói việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí không có những hạn chế Có thể nêu một số hạn chế thường gặp như sau:

- Chi phí đầu tư trang thiết bị, cơ sở vật chất lớn

- Đòi hỏi đội ngũ GV và HS phải có trình độ tin học, ngoại ngữ nhất là tiếng Anh ở mức độ nhất định

- Khi sử dụng máy tính điện tử, người ta dễ đánh mất cảm giác chân thực thiếu đi những cảm xúc, xúc giác và ấn tượng thực Do đó CNTT chỉ hỗ

Việc sử dụng CNTT tự phát đã tạo ra nhiều bài giảng chỉ đơn thuần là đưa nội dung bài học trong sách giáo khoa sang văn bản bảng điện tử với màu sắc sặc sỡ, đồ họa vui nhộn Và người GV dùng máy tính để dạy học cần phải biết chắc rằng, mình thiết kế cái gì, mình trình bày cái gì trước, cái gì sau Nếu không chú ý có thể làm lộ thông tin mà đáng lẽ HS phải là người khám phá và phát hiện

Như vậy, ta có thể khẳng định rằng “Đổi mới phương pháp dạy học Vật lí bằng CNTT là xu thế của thời đại ngày nay ” Tuy nhiên việc ứng dụng làm sao để khai thác hợp lí và hiệu quả CNTT vào dạy học nói chung và dạy học Vật lí nói riêng lại cần phải có những nghiên cứu cụ thể và nghiêm túc

1.3 Giới thiệu phần mềm Matlab

Matlab là một môi trường tính toán số và lập trình, được thiết kế bởi công ty MathWorks Matlab cho phép tính toán số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngôn ngữ lập trình khác

1.2:0.2:1.7 % chú thích: tương đương với [1.2 1.4 1.6]

1.2:0.2:1.8 % chú thích: tương đương với [1.2 1.4 1.6 1.8]

Kiểu ma trận đóng vai trò trung tâm trong MatLab Ví dụ một ma trận hai hàng ba cột như sau (hết một hàng cần dấu chấm phẩy để phân tách,

nhưng không nhất thiết xuống dòng):

Lệnh gán có dạng giống như nhiều ngôn ngữ lập trình khác: tên_biến

=giá_trị_biểu thức Thông thường máy sẽ in ra kết quả của biến sau khi gán, nếu ta không kết thúc lệnh gán bởi dấu

Ví dụ

t = 2 * 3 % hiện thị t = 6

t = t + 1; % t có giá trị bằng 7 nhưng không hiển thị lên màn hình

Khai báo hàm số (ví dụ như hàm bình phương tên tham số vào là x, tên tham số ra là y:

i = i + 1; % không cho hiển thị ra màn hình

disp(i) % hiển thị giá trị i

end

1.3.4 Cú pháp đặc biệt (syntactic sugar)

Để tăng tốc độ lập trình, nhất là thao tác từ dấu nhắc lệnh, MatLab cho phép nhiều kiểu cú pháp viết tắt Chẳng hạn để xem hướng dẫn về lệnh plot thì hai câu lệnh sau là tương đương

doc('plot')

doc plot % chú thích: cách viết gọn, đồng thời bỏ dấu ngoặc tròn và dấu nháy

Một ví dụ nữa là các số trong một véc-tơ hàng không cần có dấu phẩy ngăn cách

v1 = [2, 3, 4]

v2 = [5 6 7] % cũng hợp lệ!

Và ngay cả cách gọi file lệnh từ dấu nhắc cũng là một dạng rút gọn đặc biệt Chẳng hạn ta cần chạy file tinhtong.m trong thư mục hiện hành:

>> tinhtong

1.3.5 Tính năng vẽ đồ thị

Vẽ đồ thị là một tính năng được trau chuốt trong MatLab; với rất nhiều kiểu đồ thị khác nhau như biểu đồ dạng đường, biểu đồ chấm điểm, các lớp màu (patch) hai chiều, đường đồng mức và các đường cong, mặt cong ba chiều Ngoài ra MatLab còn cung cấp giao diện để người dùng trực tiếp biên tập hình vẽ, điền vào các ghi chú theo ý muốn

độ bằng một lớp màu được thực hiện dễ dàng

1.4 Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lí ở một số trường phổ thông

1.4.1 Đối với giáo viên

- Về trang thiết bị cơ sở vật chất:

Về trang thiết bị cơ sở vật chất ở các trường phổ thông là tương đối đầy đủ Vấn đề cần quan tâm là thực tế việc ứng dụng CNTT được GV và

HS tiếp nhận như thế nào Để tìm hiểu sâu hơn về vấn đề đó trước tiên

học nói chung và môn Lý nói riêng

- Vấn đề ứng dụng CNTT trong dạy học của GV Vật lí ở trường phổ thông:

Qua tọa đàm, trao đổi cho thấy các cấp quản lí giáo dục đã đánh giá việc ứng dụng CNTT trong dạy học là quan trọng và cần thiết Hầu hết các đơn vị

ra chỉ tiêu về số tiết học ứng dụng CNTT trong một kì học để tất cả các GV đều phải nỗ lực tiếp cận việc ứng dụng CNTT trong dạy học Khả năng ứng dụng CNTT của GV các trường phổ thông như thế nào chúng tôi đã lập bảng điều tra như sau:

Bảng 1.1 Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT trong dạy học

của GV Vật lí ở các trường THPT

Stt

Mức độ Nội dung

Nội dung

Tổng số phiếu điều tra

Tổng số phiếu trả lời Thường

xuyên

Thỉnh thoảng

Chưa bao giờ

1 Sử dụng CNTT trong dạy học 30 phiếu 7 18 6

2 Sử dụng bài giảng điện tử 30 phiếu 7 18 6

Qua bảng số liệu cho thấy hầu hết GV Vật lí ở các trường phổ thông đều

đã tiếp cận và biết sử dụng CNTT trong dạy học Số GV sử dụng bài giảng điện tử nhiều Tuy nhiên, các hình thức ứng dụng CNTT trong dạy học như sử dụng phần mềm trong dạy học còn ít Đặc biệt việc sử dụng thí nghiệm ghép nối máy tính hỗ trợ dạy học chưa có GV nào sử dụng trong việc

hỗ trợ dạy học

* Để làm rõ thêm thông tin về nguyên nhân sử dụng các phần mề m dạy học còn chưa phổ biến chúng tôi điều tra về kĩ năng sử dụng phần mềm dạy học đối với các GV dạy Vật lí như sau:

Bảng 1.2 Bảng điều tra về kĩ năng sử dụng phần mềm dạy học

Tổng số phiếu trả lời

SD thành thạo

chƣa thành thạo

Chƣa bao giờ

SD

2 Phần mềm phòng thí nghiệm ảo 30 phiếu 4 8 18

3 Phần mềm phân tích Video 30 phiếu 2 6 22

5 Sử dụng ít nhất một loại phần

Từ số liệu trên cho thấy kĩ năng sử dụng phần mềm dạy học đối với các

GV Vật lí ở các trường THPT còn hạn chế Rất nhiều GV chưa sử dụng bất

kì một loại phần mềm dạy học Vật lí nào Chỉ có 6 GV trong 30 GV Vật lí của 4 trường là sử dụng thành thạo ít nhất một loại phần mềm Vật lí Kết quả

đó cho thấy số GV sử dụng thành thạo một trong các phần mềm hỗ trợ dạy học môn Vật lí còn chưa nhiều Số GV chưa biết sử dụng bất kì một loại phần mềm Vật lí nào còn chiếm con số đáng kể Có thể nói việc ứng dụng CNTT trong dạy học của GV ở các trường phổ thông mới chỉ dừng lại chủ yếu ở mức

độ truyền đạt thông tin, chưa thực sự phát huy được sự tương tác của HS và nội dung bài dạy

Như vậy, mặc dù số GV phổ thông khai thác tư liệu trên mạng và sử dụng thành thạo một loại phần mềm Vật lí còn ít Nhưng hầu hết GV ở phổ thông đã được tiếp cận với CNTT Điều đó cũng cho thấy việc đổi mới PPDH theo hướng ứng dụng CNTT đã thay đổi nhanh chóng phong cách

1.4.2 Đối với học sinh

Tâm lí HS về việc ứng dụng CNTT trong dạy học:

HS phổ thông có tư duy phát triển, năng động, dễ dàng tiếp cận với những cái mới, cái tiến bộ Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ trong đó có CNTT đã ảnh hưởng lớn đến tâm lí của HS Qua thực tế thăm dò cho thấy đa số HS đều có tâm lí sẵn sàng đón nhận việc ứng dụng CNTT trong dạy học Với các giờ dạy có ứng dụng CNTT HS tỏ ra hào hứng, thích thú Do đó chúng tôi tiếp tục điều tra về khả năng ứng dụng công CNTT của các em trong việc học tập thế nào

Bảng 1.3 Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT của HS

trong việc tự học

Stt Điều tra việc sử dụng

CNTT

Số phiếu điều tra

Số phiếu trả lời Thường

xuyên

Thỉnh thoảng

Chưa bao giờ

1 Giải trí trên mạng 1024 phiếu 373 345 306

2 Tìm kiếm tư liệu, Học tập

có sử dụng CNTT sẽ có nhiều triển vọng

Kết luận chương 1

Trong chương này, chúng tôi trình bày một số cơ sở lý luận:

 Khái niệm bài tập vật lí, vai trò của bài tập vật lí trong quá trình dạy học vật lí THPT

 Tìm hiểu các cách phân loại bài tập vật lí và các phương pháp giải bài tập vật lí, đề xuất phương pháp giải bài tập vật lí chương Dao động cơ Vật lý 12 ở THPT nói chung

 Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí

 Vai trò và ý nghĩa của CNTT trong dạy học

 Giới thiệu cơ bản về phần mềm Matlap

Ngoài ra, trong chương 1 còn trình bày kết quả điều tra tình hình ứng dụng CNTT trường Trung học phổ thông hiện nay Những luận điểm lí luận

và thực tiễn trình bày ở chương này là cơ sở của việc soạn thảo hệ thống bài tập và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương Dao động cơ Vật lý 12 THPT

mà chúng tôi trình bày ở chương sau

CHƯƠNG 2

HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP

CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA

PHẦN MỀM MATLAB 2.1 Phân tích nội dung kiến thức phần “Dao động cơ ” chương trình Vật

lí 12 Cơ bản

2.1.1 Vị trí chương “Dao động cơ ” trong chương trình Vật lí 12 cơ bản

Nhiệm vụ quan nhất của cơ học là nghiên cứu cách xác định vị trí của một vật ở những thời điểm khác nhau Cần phải xác định trạng thái ban đầu của vật (vị trí ban đầu, vận tốc ban đầu), những yếu tố ảnh hưởng đến dao động của vật và những đại lượng chi phối dao động

Trong mỗi dạng dao động, cả động lực học và năng lượng, theo các trình tự nghiên cứu như sau:

- Dao động (xét về định nghĩa)

- Chu kì, tần số của dao động

- Dao động tuần hoàn

- Dao động điều hoà ( con lắc đơn, con lắc lo xo)

- Các đại lượng biến thiên điều hoà trong dao động điều hoà

- Tổng hợp các dao động cùng phương, cùng tần số

- Các loại dao động khác (Dao động tắt dần, duy trì, cưỡng bức,)

- Hiện tượng cộng hưởng trong dao động

Những đại lượng trong dao động điều hoà được lồng ghép trong các bài toán cụ thể để học sinh lắm bắt một cách dễ dàng

Quãng đường, thời gian, thời điểm, lực, năng lượng trong dao động điều hoà cũng được lồng ghép trong các bài tập cụ thể

1.2 Chuẩn kiến thức, kĩ năng

Theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, chuẩn kiến thức, kĩ năng của phần “Dao động cơ ” như sau:

 Phát biểu được định nghĩa dao động điều hoà

 Nêu được li độ, biên độ, tần số, chu kì, pha, pha ban đầu là gì

 Nêu được quá trình biến đổi năng lượng trong dao động điều hoà

- Nêu được: + Định nghĩa của dao động điều hoà

+ Li độ, biên độ, tần số, chu kỳ, pha, pha ban đầu

- Viết được: + Phương trình của dao động điều hoà và giải thích được các đại lượng trong phương trình

+ Công thức liên hệ giữa tần số góc, chu kỳ và tần số

+ Công thức vận tốc và gia tốc của dao động điều hoà

- Viết được: Công thức lực kéo về tác dụng vào vật dao động điều hòa; Công thức tính chu kì của con lắc lò xo; Công thức tính động năng, thế năng và cơ

năng của con lắc lò xo, cơ năng được bảo toàn

- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên động năng và thế năng khi con lắc dao động

- Viết được phương trình động lực học của con lắc lò xo

- Nêu được cấu tao con lắc đơn Nêu được điều kiện để con lắc đơn dao động điều hòa Viết được công thức tính chu kì dao động của con lắc đơn

- Viết được cộng thức tính thế năng và cơ năng của con lắc đơn Xác định được lực kéo về

- Nêu được nhận xét định tính về sự biến thiên của động năng và thế năng của con lắc khi dao động

- Nêu được những đặc điểm của dao động tẳt dần, dao động duy tri, cưỡng bức và cộng hưởng

- Giải thích được nguyên nhân của dao động tắt dần

- Nêu được điều kiện để có cộng hưởng xảy ra

- Nêu được vài ví dụ về tầm quang trọng của hiện tượng cộng hưởng

- Vẽ và giải thích được đường cong cộng hưởng

- Vẽ được đồ thị của li độ , vận tốc, gia tốc, động năng và thế năng theo thời gian trong dao động điều hoà với pha ban đầu bằng không

- Vận dụng điều kiện cộng hưởng để giải thích một số hiện tượng vật lý có liên quan

* Nắm được quy trình thực hiện một thí nghiệm đơn giản của vật lý; biết cách đo các đại lượng vật lý cơ bản; bước đầu biết cách xử lý các kết quả

đo lường bằng đồ thị và tính số

2.1.3 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương

Sơ đồ biểu đạt logic của quá trình nhận thức khoa học

chương “Dao động cơ ”

 Vận dụng ý nghĩa đạo hàm liên quan đến các đại lượng vật lý rồi đưa

ra biểu thức vận tốc và gia tốc trong dao động điều hoà.v =

-ωAsin(ωt +φ), a = -ω2Acos(ωt + φ)

 Từ đó suy ra dang đồ thị của li độ, vận tốc, gia tốc, lực hồi phục theo thời gian

 Giói thiệu dao động của một số vật trong đời sống hàng ngày, rồi đưa

ra nghiên cứu dao động của con lắc lò xo và con lắc đơn

 Khảo sát dao động của con lắc lò xo về mặt động lực học Lực gây ra dao động gọi là lực hồi phục

 Biểu thức chu kì, tần số dao động điều hoà của con lắc lo xo

 Dao động là một chuyển động, nên khi vật dao động có năng lượng( cơ năng) Khảo sát dao động của con lắc về mặt năng lượng sự biến thiên của động năng và thế năng theo thời gian, sự bảo toàn cơ năng

 Cho hoc sinh nhớ lại đặc điểm của các một số chuyển động mà học sinh đã học lớp 10 rồi đưa ra định nghĩa về dao động cơ

 Ví dụ một số dao động rồi đưa ra định nghĩa dao động tuần hoàn, chu kì , tần số của dao động

 Xét hình chiếu của chuyển động tròn đều lên phương của vật dao động, thấy hình chiếu của nó là li độ của vật dao động Sau đó đưa

ra định nghĩa về dao động điều hoà, phương trình của vật dao động điều hoà x = Acos(ωt + φ)

 Dựa vào phương trình dao động điều hoà chứng minh được li độ biến thiên tuần hoàn với chu kì T = 2π/ω, tần số của dao động

 Cấu tạo và cách kích thích cho con lắc đơn dao động, điều kiện để con lắc đơn dao động điều hoà, và các điều kiện khác

 Khảo sát dao động của con lắc đơn về, mặt động lực học, xét lực gây

ra dao động là thành phần tiếp tuyến của trong lực gây ra dao động

 Xây dựng biểu thức tính chu kì dao động điều hoà của con lắc đơn, mối quan hệ giữa li độ góc và li độ dài

 Dao động là một chuyển động, nên khi vật dao động có năng lượng(

cơ năng) Khảo sát dao động của con lắc đơn về mặt năng lượng, sự biến thiên của động năng và thế năng theo thời gian, sự bảo toàn cơ năng

Cho học sinh vận dụng kiến thức về cơ năng và lực ma sát để giải

thích sự tắt dần của dao động, rồi đưa ra định nghĩa về dao động tắt dần, nguyên nhân , ứng dụng của dao động tắt dần Từ dao động tắt dần đưa ra dao động duy trì và dao động cưỡng bức, hiện tượng cộng hưởng trong dao động

- Đặc điểm của dao động duy trì

- Ứng dụng thực

tế

- Định nghĩa hiện tượng cộng hưởng

- Điều kiện cần và

đủ

- Tầm quan trọng của hịên tượng

 Xét một số ví dụ một vật đồng thời tham gia vào hai dao động, rồi đưa

ra phương pháp tìm phương trình dao động tổng hợp của vật đó ( chỉ xét trường hợp các do động cùng phương, cùng tần số)

 Có nhiều phương pháp để giải quyết vấn đề tổng hợp dao động ( sử dụng công thức đã xây dụng và dùng máy FX5700)