Giảng dạy phần cơ học cho học sinh phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán mathematica

Mục đích nghiên cứu Vận dụng những quan điểm lý luận hiện đại về việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong việc mô phỏng một vài hiện tượng cơ học, tính toán số…theo hướng phá

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA SƯ PHẠM

GIẢNG DẠY PHẦN CƠ HỌC CHO HỌC SINH

CỦA PHẦN MỀM TOÁN MATHEMATICA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

(BỘ MÔN VẬT LÝ)

MÃ SỐ: 601410

Học viên: Trần Thị Nhàn

Cao học sư phạm vật lý khoá 1

Cán bộ hướng dẫn: GS.TS Tôn Tích Ái

PGS.TS Nguyễn Thị Mỹ Lộc

HÀ NỘI - 2008

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng nghiên cứu 3

5 Giả thuyết khoa học 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Cấu trúc luận văn 4

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOÁN MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC TẠI CÁC TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN 5

1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học 5

1.2 Vận dụng phương pháp dạy học tích cực trong dạy học vật lý-phương pháp giải quyết vấn đề 13

1.3 Con đường hình thành khái niệm, định luật Vật lý 17

1.4 Đổi mới phương pháp dạy học theo quan niệm công nghệ thông tin và truyền thông 23

1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học Vật lý 27

1.6 Ý đồ sư phạm của việc giảng dạy phần cơ học cho học sinh trung học phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán Mathematica 32

Chương 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TOÁN MATHEMATICA 35

2.1 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính 35

2.2 Mathematica là ngôn ngữ lập trình 37

2.3 Mathematica là hệ thống biểu diễn các kiến thức toán học 38

2.4 Mathematica là môi trường tính toán 39

2.5 Mathematica là công cụ trong môi trường tính toán chuẩn 39

2.6 Các toán tử của Mathematica 39

2.7 Mathematica trong các tính toán 41

2.8 Biến đổi các biểu thức lượng giác 43

2.9 Các đơn vị đo, chuyển đổi đơn vị, các hằng số Vật lý 44

2.10 Các tính toán giải tích 45

2.11 Đồ họa trong Mathematica 48

2.12 Mathematica trong phương pháp số 55

Chương 3: NHỮNG VÍ DỤ CỦA MATHEMATICA TRONG GIẢNG DẠY PHẦN CƠ HỌC 58

3.1 Động lực học chất điểm 58

3.2 Chuyển động trong trường hấp dẫn không đổi 65

3.3 Chuyển động của hành tinh 79

3.4 Sự va chạm 83

3.5 Dao động điều hòa phi tuyến đơn giản 90

3.6 Dao động tắt dần và dao động cưỡng bức 101

KẾT LUẬN 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CNTT : Công nghệ thông tin

Trong công tác đào tạo, tin học ảnh hưởng rất mạnh mẽ Tin học hoá công tác giảng dạy phát triển theo hướng làm tăng hàm lượng trí tuệ, hiệu quả đạt được gắn liền với quá trình cải tiến tổ chức và quản lý công tác giảng dạy Tin học hoá công tác giảng dạy không chỉ tiến hành xây dựng một kết cấu hạ tầng thông tin mà còn gắn liền với việc cải tiến phương thức, hình thức, nội dung giảng dạy, đẩy mạnh việc phát triển và ứng dụng công nghệ thông tin một cách hiệu quả

Đổi mới phương thức dạy học không chỉ cung cấp kiến thức mà còn phải xây dựng năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh đồng thời còn phải rèn luyện cho học sinh phương pháp nghiên cứu khoa học Tại các trường phổ thông nói chung và ở các trường chuyên nói riêng học sinh ít được tạo điều kiện bồi dưỡng các phương thức nhận thức, rèn luyện và tư duy khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Học sinh tại các phổ thông chuyên nói chung và phổ thông chuyên vật lý nói riêng chủ yếu là những học sinh năng khiếu Những học sinh này đều có tư chất và có khả năng nhận thức vấn đề nhanh hơn những học sinh bình thường những kiến thức mới về lĩnh vực đó Bên cạnh đó những học sinh năng khiếu thường có biểu hiện vượt trội trong việc nhận biết những điều kiện của bài toán được cài vào trong cách hành văn và có biểu hiện sáng tạo trong cách giải các bài toán phức tạp Như vậy ta thấy học sinh tại

các phổ thông chuyên lý thường có ưu thế về khả năng trực giác Vì vậy nếu một học sinh năng khiếu được học tập một cách hệ thống chu đáo thì sẽ trở thành học sinh xuất sắc trong lĩnh vực đó và làm tiền đề của tài năng tương lai

Với những tính ưu việt của phần mềm toán Mathematica như khả năng tính toán, khả năng đồ hoạ cũng như tính dễ sử dụng của nó trong việc xây dựng các mô hình vật lý Do vậy dùng phần mềm Toán Mathematica có thể thiết kế bài giảng một cách trực giác mà không yêu cầu phải hiểu biết nhiều về tin học

Xuất phát từ các vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài: “Giảng dạy phần

cơ học cho học sinh trung học phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm Toán Mathematica” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng những quan điểm lý luận hiện đại về việc tổ chức hoạt động nhận thức của học sinh trong việc mô phỏng một vài hiện tượng cơ học, tính toán số…theo hướng phát triển kĩ năng tư duy, năng lực sáng tạo cho học sinh trung học phổ thông chuyên vật lý thông qua quá trình dạy học giải quyết vấn đề

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu lí luận về việc tổ chức quá trình dạy học vật lý nói chung và quá trình dạy học phần cơ học nói riêng theo hướng rèn luyện và phát triển kỹ năng tư duy, năng lực sáng tạo với sự hỗ trợ của phần mềm toán Mathematic

- Tìm hiểu vấn đề ứng dụng của máy tính vào dạy học tại các trường trung học phổ thông nói chung và trung học phổ thông chuyên vật lý nói riêng

- Nghiên cứu cơ sở lý luận việc ứng dụng phần mềm Toán Mathematica thiết kế bài giảng

- Mô phỏng các mô hình vật lý phần cơ học với sự hỗ trợ của phần mềm Toán Mathematica theo tiến trình dạy học đã soạn

- Dự kiến khả năng sử dụng phần mềm Toán Mathematica trong dạy học phần cơ học đối với phổ thông chuyên nói chung và phổ thông chuyên vật lý nói riêng

-Đề xuất việc xây dựng các mô hình, mô phỏng một vài hiện tượng cơ học

4 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh phổ thông chuyên vật lý trong quá trình dạy học phần cơ học với sự hỗ trợ của phần mềm Toán Mathematica

5 Giả thuyết khoa học

Việc ứng dụng của phần mềm Toán Mathematica một cách hợp lý, xây dựng các mô hình mô phỏng hỗ trợ việc giảng dạy, tổ chức hướng dẫn học sinh giải quyết nhiệm vụ nhận thức, đề xuất vấn đề, thảo luận lựa chọn phương án giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học phần cơ học sẽ có tác dụng nâng cao chất lượng dạy học, rèn luyện và phát triển kĩ năng tư duy, năng lực sáng tạo cho học sinh trung học phổ thông nói chung và phổ thông chuyên vật lý nói riêng

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nghiên cứu lí luận

- Nghiên cứu các tài liệu lý luận dạy học để làm sáng tỏ những quan điểm mà đề tài sẽ vận dụng về việc tổ chức tình huống học tập, hướng dẫn học sinh giải quyết vấn đề trong quá trình học tập

- Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên

và các tài liệu tham khảo xác đinh mức độ nội dung các kiến thức những khái niệm vật lý phần cơ học mà học sinh trung học phổ thông chuyên cần nắm vững

- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Mathematica

6.2 Nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu việc dạy (thông qua dự giờ, trao đổi với giáo viên) và việc học (thông qua trao đổi, nghiên cứu các sản phẩm của học sinh) nhằm sơ bộ đánh giá tình hình dạy học phần cơ học ở trung học phổ thông chuyên vật lý hiện nay

- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở các trường trung học phổ thông chuyên

-Thực hiện dạy học Vật lý bằng các mô hình được xây dựng bởi phần mêm Toán Mathematica

7 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn đã được trình bày trong ba chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận của việc ứng dụng phần mềm toán Mathematica trong dạy học tại các trường trung học phổ thông chuyên

Chương 2: Giới thiệu về phần mềm Toán Mathematica

Chương 3: Một số ứng dụng của Mathematica trong giảng dạy phần cơ học

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM

TOÁN MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC TẠI CÁC TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN

1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học

1.1.1 Bản chất hoạt động học và chức năng của giáo viên trong tổ chức,

kiểm tra, định hướng hoạt động học

Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và của học sinh trong sự tương tác thống nhất biện chứng của ba thành phần trong hệ dạy học, bao gồm : Giáo viên - Học sinh - Phương tiện hoạt động dạy học

Kiến thức của mỗi người là do bản thân mình tự xây dựng, là kết quả hoạt động của bộ óc của chủ thể phản ánh thực tế khách quan Vì vậy không thể quan niệm sự hình thành kiến thức (sự học) của học sinh chỉ đơn thuần là

sự in vào đầu óc học sinh những kiến thức xem như cái có sẵn tồn tại độc lập với học sinh Không thể coi sự dạy của giáo viên chỉ là sự trình diễn kiến thức, chỉ cần cố gắng sao cho trình diễn được chính xác, rõ ràng, trực quan

và đầy đủ sao cho in vào đầu óc học sinh được đúng câu chữ như thế Như vậy thì không thể đảm bảo cho học sinh thực sự nắm được nghĩa của kiến thức [10, tr 18]

Cũng không thể quan niệm thực chất của sự học là ở chỗ người học đạt được (thể hiện ra được) những hành vi xác định nào đó Theo quan điểm tâm lý học tư duy thì sự học là một sự phát triển về chất của cấu trúc hành động Cùng một biểu hiện hành vi bề ngoài giống nhau nhưng chất lượng, hiệu quả của sự học (đối với kiến thức lĩnh hội được cũng như đối với sự phát triển tiềm lực của học sinh) vẫn có thể khác nhau, tuỳ thuộc vào sự phát triển của cấu trúc hành động học của chủ thể Ở đây hành vi được xem như biểu hiện ra ngoài của kết quả hành động, còn cách thức để đạt tới kết quả

đó được xem như cấu trúc bên trong của hành động

Hoạt động của chủ thể tồn tại tương ứng với động cơ thỳc đẩy hoạt động đú Hoạt động bao gồm một hệ thống cỏc hành động tương ứng với một mục đớch cụ thể và mỗi hành động gồm cỏc thao tỏc tương ứng với điều

kiện, phương tiện cụ thể

Động cơ

ph-ơng tiện hoạt động

Hình 1

Mỗi hoạt động diễn ra theo cỏc pha: định hướng, chấp hành và kiểm tra Cơ sở định hướng của hoạt động cú tầm quan trọng đặc biệt với chất lượng, hiệu quả của hoạt động Giỏo viờn cú vai trũ quan trọng trong việc giỳp đỡ cho sự hỡnh thành cơ sở định hướng khỏi quỏt hoạt động của học sinh Cơ sở định hướng bao gồm những nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất cho sự thành cụng của hoạt động Hoạt động dạy của giỏo viờn phải cú tỏc dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phự hợp với con đường biện chứng của sự hỡnh thành, phỏt triển và hoàn thiện của hành động

Theo quan điểm xó hội - tõm lý, học là hoạt động của cỏ nhõn chiếm lĩnh kinh nghiệm xó hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cỏ nhõn, hỡnh thành và phỏt triển nhõn cỏch của cỏ nhõn

Sự học là quá trình hình thành và phát triển của các dạng thức hành động xác định là sự thích ứng của chủ thể với tình huống qua đó chủ thể chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách cá nhân Mỗi tri thức mới học được, có chất lượng phải là kết quả của sự thích ứng của người học với những tình huống mới xác định Chính quá trình thích ứng này của người học là hoạt động xây dựng nên tri thức mới với tính cách là phương tiện tối ưu giải quyết tình huống

Dạy học là dạy hoạt động (hoạt động chiếm lĩnh tri thức và hoạt động vận dụng tri thức) và do đó trong dạy học, giáo viên cần tổ chức các tình huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm lĩnh được tri thức đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình

Trong sự vận hành của hệ tương tác dạy học gồm: Người dạy (giáo viên) - Người học (học sinh) - Hoạt động dạy học thì giáo viên là người tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động của học sinh theo một chiến lược hợp

lý sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức của mình và do đó đồng thời năng lực trí tuệ và nhân cách toàn diện của học sinh từng bước phát triển

Có thể mô tả sự tương tác dạy học bằng sơ đồ như hình 2:

Hành động học của học sinh với hoạt động dạy học là sự thích ứng của học sinh với tình huống học tập, đồng thời là hành động chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình Tương tác trực tiếp của học sinh với nhau và giữa học sinh với giáo viên là sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân và nhờ đó học sinh tranh thủ sự hỗ trợ từ phía giáo viên và tập thể học sinh

1.1.2 Đổi mới phương pháp dạy học

1.1.2.1 Quan điểm dạy học

Quan điểm dạy học: là những định hướng tổng thể cho các hành động phương pháp, trong đó có sự kết hợp giữa các nguyên tắc dạy học làm nền tảng, những cơ sở lí thuyết của lí luận dạy học, những điều kiện dạy học và

tổ chức cũng như những định hướng về vai trò của giáo viên và học sinh

trong quá trình dạy học Quan điểm dạy học là những định hướng mang tính chiến lược, cương lĩnh, là mô hình lí thuyết của phương pháp dạy học Những quan điểm dạy học cơ bản: DH giải tích minh hoạ, DH gắn với kinh nghiệm, DH kế thừa, DH định hướng học sinh, DH định hướng hành động,

DH định hướng hành động, DH định hướng mục tiêu, DH giải quyết vấn đề,

DH theo tình huống, DH giao tiếp, DH nghiên cứu, DH khám phá, DH mở [4, tr 29]

1.1.2.2 Tiến trình dạy học

Tiến trình dạy học mô tả cấu trúc của quá trình dạy học theo một trình

tự xác định của các bước dạy học, quy định tiến trình dạy học, quy định tiến trình thời gian, tiến hành logic hành động Tiến trình DH còn được gọi là các bước dạy học hay tiến trình lí luận dạy học, tiến trình phương pháp

1.1.2.3 Phương pháp dạy học

Thuật ngữ phương pháp bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp (methodos) có nghĩa là con đường để đạt mục đích Theo đó PPDH là con đường để đạt mục đích dạy học

PPDH là cách thức hành động của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học Cách thức hành động bao giờ cũng diễn ra trong những hình thức cụ thể Cách thức và hình thức không tách nhau một cách độc lập PPDH là những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viên và học sinh trong những điều kiện dạy học xác định nhằm đạt mục đích dạy học PPDH

là những hình thức và cách thức, thông quan đó và bằng cách đó GV và HS lĩnh hội những hiện thực tự nhiên và xã hội xung quanh trong những điều kiện học tập cụ thể

1.1.2.4 Định hướng đổi mới PPDH

Hiện nay trong toàn ngành giáo dục đã và đang thực hiện đổi mới PPDH Chỉ có đổi mới căn bản phương pháp dạy học chúng ta mới có thể

tạo được sự đổi mới thực sự trong giáo dục, mới có thể đào tạo lớp người năng động, sáng tạo, có tiềm năng cạnh tranh trí tuệ trong bối cảnh nhiều nước trên thế giới đang hướng tới nền kinh tế tri thức

Định hướng đổi mới phương pháp dạy và học đã được xác định trong Nghị quyết trung ương 4 khoá VII (1-1993), Nghị quyết trung ương 2 khoá VII (12-1996), được thể chế trong luật giáo dục (2005) được cụ thể hoá trong các chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào Tạo, đặc biệt chỉ thị số 14 (4-1999)

Luật Giáo dục, điều 28.2 ghi “Phương pháp giáo dục phổ thông phải

phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm, vận dụng kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”

Có thể nói cốt lõi của đối mới dạy và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động

Đổi mới PPDH ở trường phổ thông nên được thực hiện theo các định hướng sau:

- Bám sát mục tiêu giáo dục phổ thông

- Phù hợp với nội dung dạy học cụ thể

- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi HS

- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trường

- Phù hợp với việc kiểm tra, đánh giá kết quả dạy-học

- Kết hợp giữa viêc tiếp thu và sử dụng có chọn lọc, có hiệu quả các PPDH tiên tiến, hiện đại với việc khai thác những yếu tố tích cực của các PPDH truyền thống

- Tăng cường sử dụng các PTDH, TBDH và đặc biệt lưu ý đến những ứng dụng của công nghệ thông tin

1.1.2.5 Mục đích của đổi mới PPDH

Việc thực hiện đổi mới chương trình giáo dục phổ thông đòi hỏi phải đổi mới đồng bộ từ mục tiêu, nội dung, phương pháp, PTDH đến cách thức đánh giá kết quả dạy học, trong đó đổi mới PPDH được coi là khâu đột phá

Mục đích của việc đổi mới PPDH ở trường phổ thông là thay đổi lối dạy học truyền thụ một chiều sang dạy học theo “phương pháp dạy học tích cực” (PPDHTC) nhằm giúp HS phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiễn; tạo niềm tin, niềm vui, hứng thú trong học tập Làm cho “học” là quá trình kiến tạo; HS tìm tòi, khám phá, phát hiện, luyện tập, khai thác và

xử lý thông tin….tự hình thành hiểu biết, năng lực và phẩm chất Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, dạy HS cách tìm ta chân lí Chú trọng hình thành năng lực (tự học, sáng tạo, hợp tác…) dạy phương pháp và kĩ thuật lao động khoa học, dạy cách học Học để đáp ứng những yêu cầu của cuộc sống hiện tại và tương lai Những điều đã học cần thiết, bổ ích cho bản thân HS và cho sự phát triển xã hội [4 tr 30]

PPDHTC được dùng với nghĩa là hoạt động, chủ động, trái với không hoạt động, thụ đông, PPDHTC hướng tới việc tích cực hoá hoạt động nhận thức của HS nghĩa là hướng vào phát huy tính tích cực, chủ động của người học chứ không chỉ hướng vào việc phát huy tính tích cực của người dạy

Muốn đổi mới cách học, phải đổi mới cách dạy Cách dạy quyết định cách học, tuy nhiên, thói quen học tập thụ động của học sinh cũng ảnh hưởng đến cách dạy của thầy Mặt khác, cũng có trường hợp học sinh mong muốn được học PPDHTC nhưng giáo viên chưa đáp ứng được Do vậy, GV

cần phải được bồi dưỡng, phải kiên trì cách dạy theo PPDHTC, tổ chức các hoạt động nhận thức từ đơn giản đến phức tạp, từ thấp đến cao, hình thành thói quen cho HS Trong đổi mới phương pháp phải có sự hợp tác của thầy

và trò, sự phối hợp hoạt động dạy với hoạt động học thì mới có kết quả PPDHTC hàm chứa cả phương pháp dạy và phương pháp học

Vai trò chỉ đạo của giáo viên: giáo viên không còn đóng vai trò đơn thuần là người truyền đạt kiến thức mà trở thành người thiết kế, tổ chức, hướng dẫn các hoạt động học tập của học sinh

Bảng 1 So sánh phương pháp dạy học tích cực và phương pháp dạy học thụ động

3 Học sinh lắng nghe lời giảng của

giáo viên, ghi chép và học thuộc

3 Học sinh chủ động, tích cực tham gia hoạt động học tập

4 Giáo viên cố gắng truyền đạt hết

những kiến thức và kinh nghiệm của

mình để hoàn thành bài giảng

4 Giáo viên huy động vốn kiến thức và kinh nghiệm sống của học sinh để xây dựng kiến thức

5 Giao tiếp Thầy- Trò nổi lên hàng

đầu

5 Quan hệ Thầy – Trò; trò – trò, hợp tác với bạn

6 Học sinh trả lời theo sách giáo

khoa và theo vở ghi

6 Khuyến khích học sinh nêu những ý kiến cá nhân về vấn đề đang học

7 Giáo viên cho ví dụ mẫu rồi yêu

9 Học sinh lệ thuộc hoàn toàn vào

TLGK và sự thuyết trình của giáo

viên

9 Học sinh làm bài tập có sáng tạo

10 Giáo viên độc quyền đánh giá và

cho điểm cố định, đánh giá theo sự

ghi nhớ thông tin có sẵn

10 Giáo viên khuyến khích học sinh nhận xét, bổ sung câu trả lời của bạn

Qua sự so sánh này có thể đưa ra đặc trưng của các PPDHTC

-Dạy học tăng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo thông qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của HS

- Dạy và học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực

tự học của HS

- Dạy học phân hoá kết hợp với học tập hợp tác

- Kết hợp đánh giá của thầy với đánh giá của bạn, với tự đánh giá

- Tăng cường khả năng, kĩ năng vận dụng vào thực tế

- Đem lại niềm vui, tạo hứng thú trong học tập cho học sinh, đạt hiệu quả cao

1.2 Vận dụng phương pháp dạy học tích cực trong dạy học vật phương pháp giải quyết vấn đê

lý-Tiến trình giải quyết một vấn đề khoa học kỹ thuật của nhà bác học có thể hình dung sơ lược như sau:

- Xác định rõ nội dung, yêu cầu của vấn đề cần giải quyết, những điều kiện đã cho và mục đích cần đạt tới

- Tìm hiểu xem trong kho tàng kiến thức, kinh nghiệm của loài người đã

có cách giải quyết vấn đề đó hoặc vấn đề tương tự chưa

- Nếu đã có thì liệt kê tất cả những giải pháp đã có và lựa chọn một giải pháp thích hợp

- Nếu chưa có thì đề xuất ra giải pháp mới hay xây dựng kiến thức phương tiện mới dùng làm công cụ để giải quyết vấn đề

- Thử nghiệm áp dụng kiến thức đã lựa chọn, giải pháp đã lựa chọn vào thực tiễn để đánh giá hiệu quả của nó, từ đó bổ sung hoàn thiện kiến thức đã xây dựng, giải pháp đã đề xuất

Có thể phỏng theo tiến trình giải quyết một vấn đề khoa học kỹ thuật của nhà bác học để tổ chức quá trình dạy học ở trường phổ thông nhằm hình thành ở học sinh năng lực giải quyết vấn đề Tuy nhiên, để thành công phải chú ý những điểm khác nhau giữa nhà bác học và học sinh trong khi giải quyết vấn đề:

- Về động cơ, hứng thú, nhu cầu: Nhà bác học khi giải quyết vấn đề đã

tự xác định được rõ mục đích, tự nguyện đem hết sức mình giải quyết vấn đề đặt ra, coi đó là nhu cầu bức thiết của cá nhân Còn học sinh, động cơ, hứng thú đang được hình thành, ý thức về mục đích, trách nhiệm còn mờ nhạt, do

đó chưa tập trung chú ý đem hết sức mình để giải quyết vấn đề học tập

- Về năng lực giải quyết vấn đề: Khi chấp nhận giải quyết một vấn đề, nhà bác học đã có trình độ, kỹ năng, kỹ xảo cần thiết Tuy nhiên, nhiều khi nhà bác học cũng còn phải tích luỹ thêm kinh nghiệm, sáng tạo thêm phương tiện lý thuyết và phương tiện vật chất để hoạt động Còn đối với học sinh, đây mới là bước đầu làm quen với việc giải quyết một vấn đề khoa học Vấn

đề đặt ra cho học sinh phải giải quyết cũng giống vấn đề của nhà bác học nhưng kinh nghiệm, kiến thức, năng lực của họ còn rất hạn chế

- Về thời gian dành cho việc giải quyết vấn đề: Những kiến thức mà học sinh cần chiếm lĩnh là những kiến thức mà nhiều thế hệ bác học đã phải trải qua một thời gian dài mới đạt được và mỗi nhà bác học cũng chỉ góp một phần nhỏ vào lâu đài khoa học đó Còn học sinh chỉ được dành một thời gian ngắn đã phải phát hiện ra một định luật vật lý Đó là điểm quá sức mà ngay cả các bậc thiên tài cũng khó làm được

- Về phương tiện làm việc: Nhà khoa học có trong tay hoặc phải tạo ra những phương tiện chuyên dùng có độ chính xác cao và những điều kiện thích hợp nhất để giải quyết vấn đề Còn học sinh chỉ có những phương tiện thô sơ ở trường phổ thông với độ chính xác thấp, chỉ có điều kiện làm việc tập thể ở lớp hay ở phòng thực hành, có khi không thể lặp đi lặp lại nhiều lần [11 tr 20]

Những điều phân tích trên đây dẫn đến kết luận là: Học sinh không thể hoàn toàn tự lực xây dựng kiến thức khoa học được mà cần phải có sự giúp đỡ của giáo viên

Sự giúp đỡ của giáo viên không phải là giảng giải, cung cấp cho học sinh những kiến thức có sẵn mà là tạo điều kiện cho họ có thể trải qua các giai đoạn chính của quá trình giải quyết vấn đề và tự thực hiện một số khâu trong quá trình đó, động viên, khuyến khích học sinh kịp thời

Như vậy, quá trình học tập của học sinh thực chất là quá trình hoạt động tự lực trong sự phối hợp của tập thể lớp và sự giúp đỡ, hướng dẫn của giáo viên, liên tiếp giải quyết các vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra, kết quả quá trình giải quyết vấn đề đó là học sinh chiếm lĩnh được kiến thức và phát triển được năng lực của mình

Vấn đề quan trọng nhất của phương pháp dạy học giải quyết vấn đề là tạo nên một chuỗi những "tình huống vấn đề ", " tình huống học tập" và việc

tổ chức, hướng dẫn học sinh giải quyết những vấn đề học tập đó một cách sáng tạo, có những nét cơ bản của sự tìm tòi khoa học Nhờ vậy, nó đảm bảo cho học sinh lĩnh hội vững chắc những cơ sở khoa học, phát triển năng lực

tư duy sáng tạo và hình thành cơ sở thế giới quan khoa học

" Tình huống vấn đề" hay " tình huống học tập " là trạng thái tâm lý xuất hiện khi con người gặp phải tình huống khó khăn giải quyết mà bằng tri thức đã có, bằng cách thức đã biết không thể thực hiện được mà đòi hỏi phải xây dựng tri thức mới và cách thức hành động mới Nói cách khác, tình huống vấn đề hay tình huống học tập là trạng thái tâm lý khi học sinh gặp phải mâu thuẫn giữa điều đã biết và điều chưa biết nhưng muốn biết Có thể phân ra nhiều loại tình huống vấn đề, nhưng có những loại tình huống học tập sau:

 Tình huống phát triển hoàn chỉnh: Học sinh đứng trước một vấn đề chỉ mới giải quyết được một phần, một bộ phận, trong một phạm vi hẹp; cần phải tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng thêm sang

những phạm vi mới, lĩnh vực mới

 Tình huống lựa chọn: Học sinh đứng trước một vấn đề có một số dấu hiệu quen thuộc, có liên quan đến một số kiến thức hay một số phương pháp giải quyết đã biết, nhưng chưa chắc chắn là có thể dùng phương pháp nào để giải quyết vấn đề sẽ có hiệu quả Học sinh cần phải lựa chọn, thử xem kiến thức nào, phương pháp nào có hiệu quả

để giải quyết vấn đề đặt ra

 Tình huống bế tắc: Học sinh đứng trước vấn đề không có một dấu hiệu nào liên quan đến kiến thức, phương pháp học sinh đã biết Học sinh buộc phải xây dựng kiến thức mới, phương pháp mới để giải quyết vấn đề

 Tình huống " tại sao" : Trong nhiều trường hợp, học sinh quan sát các hiện tượng Vật lý trái với những suy nghĩ thông thường, "trái" với những kiến thức học sinh đã biết hoặc chưa gặp bao giờ và không biết dựa vào đâu mà lí giải Để trả lời câu hỏi, học sinh cần phải xây dựng kiến thức mới Đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến thức và kỹ năng vốn có để giải quyết vấn đề đặt ra Học sinh phải tìm

ra được các mối liên hệ đặc biệt là mối liên hệ nhân quả, tìm ra được nguyên nhân dẫn đến kết quả đó

Vài nét đặc trưng cơ bản của phương pháp dạy học giải quyết vấn đề là:

 Đặc trưng cơ bản của dạy học đặt và giải quyết vấn đề là "tình huống có vấn đề", "tình huống học tập"

 Đặc trưng thứ hai của phương pháp là chia quá trình thực hiện thành những giai đoạn, những bước có tính mục đích chuyên biệt

 Đặc trưng thứ ba của phương pháp là có những cách tổ chức đa

dạng

Cấu trúc một bài học dạy học giải quyết vấn đề thường như sau:

1 Đặt vấn đề, xây dựng bài toán nhận thức

- Tạo tình huống có vấn đề

- Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh

- Phát biểu vấn đề cần giải quyết

2 Giải quyết vấn đề đặt ra

- Đề xuất các giả thuyết

- Lập kế hoạch giải quyết vấn đề

- Thực hiện kế hoạch giải quyết vấn đề

- Thảo luận kết quả và đánh giá

- Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu

- Phát biểu kết luận

- Đề xuất vấn đề mới

Nói tóm lại, trong dạy học giải quyết vấn đề giáo viên đưa học sinh vào tình huống có vấn đề rồi giúp học sinh tự lực giải quyết vấn đề đặt ra Bằng cách đó, học sinh vừa nắm được tri thức mới, vừa nắm được phương pháp đi tới tri thức đó, lại vừa phát triển tư duy tích cực, sáng tạo và có khả năng vận dụng tri thức vào giải quyết tình huống mới

Dạy học giải quyết vấn đề không chỉ giới hạn ở phạm trù phương pháp dạy học Việc áp dụng dạy học giải quyết vấn đề đòi hỏi phải đổi mới cả nội dung, đổi mới cách tổ chức quá trình dạy học trong mối liên quan thống nhất với phương pháp dạy học

1.3 Con đường hình thành khái niệm và định luật vật lý

Vật lý học là môn khoa học giải thích các hiện tượng xảy ra trong tự nhiên về mặt Vật lý Đối tượng của Vật lý học là những lớp hiện tượng rất phong phú trong tự nhiên mang tính chất nhân quả một cách tường minh Sơ khai các triết gia hi lạp gọi Vật lý học là phép Triết lý về tự nhiên Ngày nay, ngoại trừ các hiện tượng thuộc phạm vi tương tác giữa các nguyên tử dẫn đến chuyển hoá các chất (Hoá học và Sinh học), hoặc các hiện tượng thuộc phạm vi hiện hành và phát triển của trái đất (Địa chất) đã dần dần tách ra những ngành khoa học chuyên biệt, còn hầu hết các hiện tượng trong tự nhiên vẫn là đối tượng của Vật lý học

1.3.1 Con đường hình thành khái niệm Vật lý

Trong lịch sử vật lý học ta thấy con đường phát hiện và tìm ra các đặc tính của sự vật, hiện tượng rất phong phú, đa dạng, phức tạp và nhiều khi rất quanh co trong một thời gian rất lâu dài Chính vì vậy, ta chỉ nghiên cứu một cách chung nhất các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành điển hình của quá trình hình thành khái niệm Vật lý Những giai đoạn đó là: phát hiện đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc điểm định lượng, định nghĩa khái niệm, đơn vị

đo, vận dụng vào thực tiễn

Bốn giai đoạn đó được tiến hành như sau:

Giai đoạn 1: Phát hiện đặc điểm định tính của khái niệm

Khi gặp một sự vật, hiện tượng mới lạ hoặc đặc tính mới nào đó của

sự vật, hiện tượng mà ta không thể dùng các khái niệm cũ để hiểu được nó Khi đó ta buộc phải đưa ra một khái niệm mới và khái niệm mới này dùng

để đặc trưng cho tính chất mới nào đó của sự vật hiện tượng

Giai đoạn 2: Chỉ ra đặc điểm định lượng của khái niệm

Điều đó chính là ta chỉ ra các mối liên hệ định lượng của khái niệm mới với các khái niệm cũ và cách xác định giá trị của các khái niệm mới Với yêu cầu “đặc điểm định lượng phải thống nhất với đặc điểm định tính và

phản ánh được đặc điểm định tính” Mối liên hệ giữa đặc điểm dịnh lượng mới với đặc điểm định lượng cũ thường được thể hiện bằng những công thức toán học Có hai cách để tìm ra đặc điểm định lượng:

Cách 1: Xuất phát từ đặc điểm định tính Phân tích mối liên hệ giữa các khái niệm cũ và mới để tìm ra biểu thức định lượng giữa các khái niệm

cũ Biểu thức này có sự liên hệ mật thiết với đặc tính mới (nếu các đặc tính mới có biểu hiện mạnh lên hoặc yếu đi thì biểu thức cũng sẽ lớn lên hoặc nhỏ đi hoặc ngược lại)

Cách 2: Xuất phát từ các đại lượng và các định luật đã biết để khảo sát hiện tượng mới rồi rút ra một biểu thức luôn luôn có giá trị không đổi mặc

dù các đại lượng có mặt trong biểu thức đó thay đổi (tức là chỉ phụ thuộc bản thân hiện tượng mà không phụ thuộc vào điều kiện bên ngoài) Phân tích biểu thức đó ra sẽ biết được nó đặc trưng cho tính chất nào đó của sự vật, hiện tượng và tìm được đặc điểm của khái niệm

Cách 3: Nhiều khi các đặc điểm định lượng của khái niệm xuất hiện đồng thời với các định luật vật lý biểu hiện mối quan hệ của các khái niệm

cũ và mới

Giai đoạn 3: Định nghĩa đại lượng vật lý

Khi định nghĩa một khái niệm ta phải thực hiện hai nhiệm vụ:

- Phân biệt sự vật cần định nghĩa với tất cả những sự vật khác tiếp cận với

nó,

- Vạch ra các dấu hiệu bản chất của sự vật cần định nghĩa (nội hàm của khái niệm)

Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo

- Đo một đại lượng vật lý phải thoả mãn hai yêu cầu: nghĩa là phải chọn được một “vật mẫu” để so sánh nó với vật khác có đặc điểm định lượng bằng đặc điểm định lượng của vật mẫu

- Xác định một đại lượng cùng loại có đại lượng gấp đôi vật mẫu Trong Vật lý học có hai loại đơn vị: đơn vị cơ bản và đơn vị dẫn xuất (đơn vị cơ bản thì có thể tuỳ chọn và không phụ thuộc vào đơn vị đo các đại lượng khác, còn đơn vị dẫn xuất thì được xác định dựa trên các công thức định nghĩa của đại lượng muốn đo)

Cần lưu ý các công thức vật lý, phương trình vật lý khác với các công thức và phương trình toán học ở chỗ đòi hỏi sự bằng nhau về giá trị của độ lớn và về đơn vị

Giai đoạn 5: Vận dụng khái niệm vào thực tiễn

Khi ta đã có khái niệm, ta cần vận dụng nó vào việc giải thích sự vật hiện tượng cụ thể, dự đoán những dấu hiệu, những hiện tượng có thể cảm nhận được trong thực tiễn bằng giác quan, có thể đo lường cụ thể Nhờ thế

mà hiểu sâu hơn khái niệm mới

Trong quá trình vận dụng kiến thức vào thực tiễn, sẽ có lúc ta gặp sự kiện mới, đòi hỏi phải mở rộng, bổ xung thêm cho khái niệm được hoàn chỉnh

Như vậy, khi sách giáo khoa được nghiên cứu theo đúng tiến trình hình thành khái niệm vật lý như vậy thì học sinh sẽ tiếp nhận các khái niệm một cách dễ dàng hơn và đồng thời học sinh hiểu sâu sắc các phương pháp dạy học hiệu qủa

1.3.2 Con đường hình thành các định luật Vật lý

Trong quá trình tìm hiểu, khám phá thế giới tự nhiên, sau khi tìm hiểu

về một hiện tượng nào đó biến đổi như thế nào, các nhà khoa học nhận thấy rằng đối với các hiện tượng giống nhau thì chúng có sự vận động giống nhau Và từ đó các nhà khoa học tổng kết và chỉ ra được cách thức vận động chung của các hiện tượng đó và từ đó đưa quy luật Vật lý của chúng

Như vậy, quy luật Vật lý là những biểu hiện có tính lặp đi lặp lại mỗi khi xảy ra hiện tượng Vật lý cùng loại

Mục đích của việc dạy học các quy luật Vật lý là dạy học sinh nhận biết rằng các hiện tượng tự nhiên tuy xảy ra phức tạp, nhưng không phải tuỳ tiện mà luôn tuân theo những quy luật nhất định và xảy ra trong những điều kiện nhất định

Đặc điểm thứ nhất (tuân theo những quy luật nhất định) giúp ta phân biệt hiện tượng này với hiện tượng khác, cách nhận biết tính hài hoà của tự nhiên Đặc điểm thứ hai cho phép con người có thê tác động thúc đẩy cho hiện tượng xảy ra hoặc ngăn chặn, hạn chế một hiện tượng nào đó

Thực ra, mục tiêu của các nhà nghiên cứu và học tập Vật lý không dừng lại ở tính quy luật của hiện tượng, và là hướng tới việc giải thích hiện tượng và lợi dụng chúng Nhưng tính quy luật của các hiện tượng lại là chìa khoá cho việc nêu ra các giả thuyết Vật lý giải thích các hiện tượng, tức là tìm kiếm bản chất của hiện tượng Vì vậy, trong giảng dạy Vật lý, khi làm thí nghiệm, hoặc khi mô tả hiện tượng cần đặc biệt hướng sự chú ý của học sinh đến việc thiết lập xem hiện tượng đang xét tuân theo những quy luật nào

Mỗi hiện tượng vật lý đều tuân theo những quy luật riêng Nhưng chỉ trong một số ít trường hợp các quy luật này mới được nâng lên thành định luật Về phương diện nào đó có thể nói rằng đinh luật Vật lý là những quy luật Vật lý ở đẳng cấp cao hơn thể hiện ở ba điều:

Một là, định luật Vật lý thể hiện mối ràng buộc chính xác giữa các đại

lượng Vật lý chủ yếu của các hiện tượng Vật lý cùng loại lặp đi lặp lại nhiều lần, tức là tính chính xác và tính phổ biến của định luật Ví dụ định luật Acsimet cho biết rằng bất cứ vật nào bị nhúng vào chất lưu (chất lỏng hoặc

khí quyển) thì đều bị chất lưu đẩy một lực theo phương thẳng đứng, hướng

từ dưới lên, có độ lớn đúng bằng trọng lực của khối chất lưu bị chiếm chỗ

Hai là, định luật chỉ rõ điều kiện xảy ra và bắt buộc phải xảy ra hiện

tượng mà định luật nói đến, tức là tính tất yếu của hiện tượng

Ba là, mỗi định luật vật lý có vai trò quan trọng nhất định trong sự

hình thành kiến thức và phát triển của một lĩnh vực chuyên môn, tức là tính quyết định của định luật

Thông thường có ba con đường hình thành định luật Vật lý đó là:

- Thông qua sự quan sát trực tiếp và sự khái quát hoá thực nghiệm

- Thông qua sự quan sát trực tiếp và khái quát hoá lí thuyết

- Thông qua những mệnh đề lí thuyết tổng quát đã biết

* Đạt tới định lý thông qua qua sát trực tiếp và khai quát hoá thực nghiệm Quan sát trực tiếp bao giờ cũng chỉ thu được dấu hiệu bên ngoài của sự vật hiện tượng một cách rời rạc Do vậy, cần phải tiến hành những phép quy nạp

để rút ra những quy luật, nghĩa là khái quát hoá thành một định luật Vật lý

* Đạt tới định lý thông qua quan sát trực tiếp và khái quát hoá bằng lí thuyết Thông qua sự khái quát hoá lí thuyết cho phép ta phát hiện ra những quy luật

có thể giải thích được những hiện tượng đã biết cũng như tiên đoán những hiện tượng mới Con đường nhận thức này đòi hỏi sự quan sát trực tiếp kết hợp với các phương pháp của nhận thức gián tiếp, đặc biệt là phép suy luận diễn dịch, giúp ta nhận rõ sự gắn bó bản chất của sự vật, hiện tượng riêng lẻ với những mệnh đề tổng quát, những định luật

*Đạt tới định luật xuất phát từ những mệnh đề lý thuyết tổng quát đã biết Phương pháp này đòi hỏi trước đó phải thiết lập được một số mệnh đề lý thuyết tổng quát (các mệnh đề chắc chắn) Thông qua những mệnh đề ấy, có thể thực hiện phép suy luận diễn dịch, rút ra những hệ quả, những tiên đoán

có tính chất quy luật

Quá trình nhận thức này trải qua các giai đoạn sau:

 Nêu nên một hiện tượng thực tế mà ta chưa thể giải thích được hoặc chưa thể dự đoán được diễn biến của nó, chưa thể biết được mối quan hệ giữa một số đại lượng nào đó

 Nêu nên một mệnh đề lý thuyết mà ta dự đoán rằng có liên hệ đến hiện tượng đang xét Mệnh đề này phải có giá trị chân thật, nghĩa là đã chứng

tỏ lầ chắc chắn

 Thực hiện một phép suy luận diễn dịch để từ mệnh đề lý thuyết, rút ra một hệ quả logic trong đó nêu nên mối liên hệ giữa các sự vật hiện tượng như một định luật Vật lý

 Làm thực nghiệm để kiểm tra dự đoán có phù hợp với thực tế không Nếu phù hợp thì hệ quả của sự dự đoán trỏ thành một định luật

Các dạng phát biểu của định luật Vật lý

- Dưới dạng ràng buộc giữa các đại lượng Vật lý

- Dưới dạng mệnh đề thuần tuý văn học

- Dưới dạng giản đồ

Vì vậy thiết lập định luật Vật lý là sự tổng quát hoá rất cao về một vấn đề của Vật lý học, nên trình tự các bước nhất thiết phải được làm tốt gồm ba bước chính: Mô tả hiện tượng, nêu các quy luật của hiện tượng, phát biểu định luật

1.4 Đổi mới phương pháp dạy học theo quan niệm công nghệ thông tin

và truyền thông

Thế giới bước vào kỉ nguyên mới nhờ tiến bộ nhanh chóng của việc ứng dụng CNTT vào tất cả các lĩnh vực Trong giáo dục-đào tạo, CNTT đã góp phần hiện đại hoá phương tiện, TBDH, góp phần đổi mới phương pháp dạy học

1.4.1 Dạy và học theo quan điểm công nghệ thông tin

Theo quan điểm thông tin, học là một quá trình thu nhận thông tin có định hướng, có sự tái tạo và phát triển thông tin; dạy là phát thông tin và giúp người học thực hiện quá trình trên một cách có hiệu quả [4.tr 23]

Thông tin càng được hiểu càng có giá trị nếu nó gây ra được sự bất ngờ càng lớn Trong khoa học, người ta đã lượng hoá thông tin theo quan điểm này Người học như một máy thu có nhiều cửa vào, phải biết tiếp nhận thông tin qua nhiều cửa, phải biết tách thông tin hữu ích ra khỏi nhiễu, phải biết biến đổi, lưu trữ, ghi nhớ thông tin trong nhiều bộ nhớ khác nhau, mỗi cửa vào này tiếp nhận một loại thông tin được mã hoá riêng biệt Ta cần phải tận dụng tất cả các phương tiện để đưa thông tin vào các cửa này, cần sử dụng các trang thiết bị hiện đại nhằm chuyển đổi, mã hoá, chế biến thông tin

để việc truyền tin đạt hiệu quả nhất

Nếu nội dung bài học chỉ được truyền tới người học dưới dạng văn bản thì người học có thể kém hứng thú Nếu chỉ truyền tin theo một chiều, không có sự hỏi, đáp thì thông tin thu được của người học có thể phiến diện, không đầy đủ hoặc bị biến dạng, có khi dẫn đến việc hiểu sai nội dung

Theo quan niệm CNTT, đổi mới PPDH, người ta tìm những “phương pháp làm tăng giá trị lượng tin, trao đổi thông tin nhanh hơn, nhiều hơn và hiệu quả hơn”

Nhờ có sự phát triển của khoa học kĩ thuật, quá trình dạy học đã sử dụng PTDH sau đây:

- Phim chiếu để giảng bài với đèn chiếu Overhead

- Phần mềm hỗ trợ bài giảng, minh hoạ trên lớp với LCD-Projector (máy chiếu tinh thể lỏng)

- Phần mềm dạy học giúp học sinh học trên lớp và ở nhà

- Công nghệ kiểm tra, đánh giá bằng thực nghiệm trên máy tính

- Sử dụng mạng Internet để dạy học

Dạy học với phương tiện hiện đại trên sẽ có các ưu thế sau:

- GV chuẩn bị bài dạy một lần thì có thể sử dụng được nhiều lần

- Các PMDH có thể thực hiện các thí nghiệm ảo, sẽ thay thế GV giảng dạy thực hành, tăng tính năng động cho người học, giúp học sinh học theo khả năng

- Các phương tiện hiện đại sẽ tạo ra khả năng để GV trình bày bài giảng của mình sinh động hơn, dễ dàng cập nhật và thích nghi với

sự thay đổi nhanh chóng của khoa học hiện đại

- Các phương tiện sẽ hỗ trợ, chuẩn hoá các bài giảng mẫu, đặc biệt đối với các phần khó giảng, những khái niệm phức tạp

- HS không bị thụ động có nhiều thời gian nghe giảng để đào sâu suy nghĩ….và điều quan trọng hơn là nhiều học sinh được dự và nghe giảng bài của nhiều GV giỏi

Sử dụng PMDH làm phương tiện dạy hỗ trợ dạy học một cách hợp lí

sẽ cho hiệu quả cao, bởi lẽ khi sử dụng PMDH bài giảng sẽ sinh động hơn,

sự tương tác hai chiều được thiết lập, HS được giải phóng khỏi những công việc thủ công vụn vặt, tốn thời gian, dễ nhầm lẫn, nên có điều kiện đi sâu vào bản chất bài học

Sử dụng CNTT để dạy học, PPDH cũng thay đổi, GV là người hướng dẫn HS học tập chứ không đơn thuần chỉ là người rót thông tin vào đầu HS

GV cũng phải học tập thường xuyên để nâng cao trình độ về CNTT, sử dụng

có hiệu quả CNTT trong học tập HS có thể lấy thông tin từ nhiều nguồn phong phú khác nhau Lúc này HS phải biết đánh giá và lựa chọn thông tin, không còn chỉ đơn thuần nhận thông tin một cách thụ động vì nguồn thông tin vô cùng phong phú

1.4.2 CNTT với vai trò phương tiện, thiết bị dạy học

CNTT với vai trò phương tiện, thiết bị dạy học cần đảm bảo các yêu cầu:

- Sử dụng CNTT như công cụ dạy học cần được đặt trong toàn bộ hệ thống các phương pháp dạy học nhằm phát huy sức mạnh tổng hợp của cả hệ thống

HS thực hiện sai, giáo viên không biết nguyên nhân sai ở đâu Để khắc phục nhược điểm này, trong khi dạy hoặc khi kiểm tra, GV yêu cầu học sinh trình bày đầy đủ câu trả lời của mình, diễn tả đầy đủ suy nghĩ dẫn đến câu trả lời

đó

- Phát huy vai trò của người thầy trong quá trình sử dụng CNTT như TBDH Không thủ tiêu vai trò của người thầy mà trái lại còn phát huy hiệu quả HĐ của thầy giáo trong quá trình dạy học có sử dụng CNTT Ta chủ trương sử dụng CNTT như thiết bị dạy học của người thầy giáo, công cụ này dù hiệu lực đến mấy cũng không thủ tiêu được vai trò của người thầy Ta vẫn cần tìm cách phát huy tác dụng của GV nhưng theo những hướng không hoàn toàn giống nhau như trong DH thông thường Giáo viên cần lập kế hoạch cho những hoạt động của mình trước, trong và sau khi học sinh học tập trên máy vi tính Chẳng hạn khi sử dụng CNTT thay GV trong một số khoảng thời gian, do được giải phóng khỏi việc dạy học đồng loạt cho cả lớp, GV có thể đi sâu giúp những học sinh cá biệt (cá biệt yếu và cá biệt giỏi) trong những khoảng thời gian dài hơn nhiều so với DH không sử dụng CNTT

- Sử dụng CNTT như TBDH, không phải chỉ nhằm thí điểm DH với CNTT

mà còn góp phần DH về CNTT

Hiệu quả của việc sử dụng máy vi tính ngay trong quá trình DH có tác dụng gây động cơ học tập những nội dung tin học Vả lại chính những nội dung của tin học và công cụ của tin học cũng là một trong những nội dung tin học cần truyền thụ

Để phát huy tác dụng tích cực của việc sử dụng CNTT vào việc sử dụng tin học ở những lúc thích hợp (không nhất thiết là ngay khi dạy học trên máy) GV có thể bình luận về hiệu quả của máy vi tính, về vai trò của con người thể hiện trong việc lập trình

- Sử dụng CNTT như một TBDH không phải chỉ để thực hiện DH với trang thiết bị của CNTT mà còn góp phần thúc đẩy việc đổi mới PPDH ngay cả trong điều kiện không có máy

Nếu ta lập được một chương trình trong máy tính làm chức năng thầy giáo thực hiện một cách có hiệu quả một số khâu của quá trình dạy học một nội dung nào đó thì cũng có thể đề xuất được một phương án tốt để cải tiến PPDH Vì vậy có thể làm song song hai việc: Đồng thời với việc thí điểm làm phần mềm để máy vi tính làm chức năng GV dạy một số tiết, ta sẽ đề xuất những phương án cải tiến DH các tiết đó trong điều kiện không có máy Cách làm này vừa phù hợp với điều kiện hoàn cảnh nước ta hiện nay, vừa đón trước được xu thế phát triển của khoa học thế giới Kết quả mong đợi không phải chỉ ở một số chương trình dạy học bằng máy tính mà còn ở sự phát triển của khoa học giáo dục nói chung và điều đó sẽ có ảnh hưởng tích cực đến việc cải tiến PPDH kể cả trong điều kiện không có máy

1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lý

1.5.1 Khái niệm mô hình trong vật lý học

Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống Đó là phản ánh những thuộc tính bản chất của

đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng

Như vậy, giữa mô hình với đối tượng vật chất có sự khác biệt nhau Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất Cùng một đối tượng vật chất nhưng có thể có nhiều mô hình khác nhau Như vậy,

mô hình không đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh

* Các chức năng của mô hình :

- Mô tả sự vật, hiện tượng

- Giải thích các tính chất và hiện tượng có liên quan tới đối tượng

- Tiên đoán các tính chất và hiện tượng mới - Đây là vai trò quan trọng của

mô hình trong khoa học

* Tính chất của mô hình : với tư cách là một hệ thống phản ánh những

thuộc tính của đối tượng yêu cầu Một mô hình có những tính chất cơ bản sau

- Tính tương tự với "vật gốc": sự tương tự đó có thể là đồng cấu hoặc đẳng

cấu Sự tương tự có thể là sự tương tự về cấu trúc, cũng có thể là sự tương tự

về chức năng

- Tính đơn giản : Thực tế khách quan là vô cùng đa dạng và phong phú,

nhưng mô hình chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thực tế Nhiều khi một thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mô hình để phản ánh Trong khi xây dựng mô hình ta phải thực hiện các thao tác: trừu tượng hoá, khái quát hoá Những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hoá, chỉ giữ lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất nhất Mặt khác, cũng nhờ tính đơn giản của mô hình mà nhà nghiên cứu có thể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hoá chúng rút ra được những quy luật một cách sáng rõ và tránh được sự nhầm lẫn

- Tính trực quan: Một số mô hình dễ dàng nhận biết được bằng các giác

quan trong khi việc quan sát trên vật thật có khi gặp khó khăn Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hoá những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được (Ví dụ: quy luật chuyển động được biểu diễn bằng đồ thị vận tốc; lực hút, lực đẩy giữa các phân tử được biểu hiện trên mô hình bằng các gạch nối đậm hay mảnh) Tính trực quan còn được

mở rộng trong trường hợp mô hình không trực tiếp diễn tả hiện tượng thực

tế mà so sánh với một hiện tượng thực tế khác mà ta có thể tri giác bằng giác quan được (ví dụ: khi xây dựng mô hình hình chiếu vật chuyển động tròn đều trên một đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo so sánh với vật dao động điều hoà)

- Tính quy luật riêng : Khi xây dựng mô hình, người ta dùng một hệ thống

để mô tả một số đặc tính của vật gốc mà ta chưa biết đầy đủ Hệ thống vật dùng để thay thế vật gốc đó tuân theo những quy luật mà ta đã biết rõ gọi là những quy luật riêng của mô hình

- Tính lý tưởng: Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn Nhưng

khi mô hình hoá một vật, một mối quan hệ nào đó, ta thực hiện trừu tượng, khái quát hoá, phản ánh các đặc tính của vật thể, loại bỏ các nhiễu trong nhận thức, tức là mô hình có tính lý tưởng Không có mô hình nào giống hệt thực tiễn bởi nếu mô hình giống thực tiễn khách quan thì nó không còn tính cách là một vật đại diện, thay thế nữa và thực tế cũng không thể làm được điều đó Tính lý tưởng của mô hình càng cao thì mô hình càng khái quát và càng giúp ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao trùm được một số càng lớn hiện tượng Nhưng càng khái quát, càng có tính

lý tưởng cao thì khi sử dụng mô hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khó khăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúc chung của mô hình rất nhiều yếu tố

cụ thể phù hợp với đối tượng nghiên cứu

1.5.2 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học vật lý

Có thể phân mô hình Vật lý làm hai loại :

- Mô hình vật chất: Là mô hình bằng vật thể trên đó phản ánh những tác

động cơ bản về mặt hình học, vật lý học, động lực học, chức năng học của đối tượng nghiên cứu Loại mô hình này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức, khi cần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập những kiến thức có tính chất kinh nghiệm

- Mô hình lý tưởng (hay mô hình lý thuyết): Là những mô hình trừu tượng

trên đó về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng những thao tác tư duy lý thuyết Các mô hình lý thuyết có thể có rất nhiều loại, tuân theo mức độ trừu tượng khác nhau, bao gồm:

+ Mô hình kí hiệu: Là hệ thống những lý luận được dùng để mô tả, thay thế những sự vật, hiện tượng vật lý thực (như mô hình công thức toán, mô hình

đồ thị, mô hình lôgic toán, )

+ Mô hình biểu tượng: Là dạng trừu tượng nhất của mô hình lý tưởng, những mô hình trừu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực tế mà chỉ có trong tư duy của ta Ta chỉ nên algorit để tạo ra mô hình rồi hình dung

nó trong óc, chứ không cần làm ra mô hình cụ thể Với sự hình dung đó, người ta có thể thể hiện được hành vi của mô hình

Mô hình biểu tượng nhiều khi được vật chất hoá dưới một dạng nào đó để hỗ trợ quá trình tư duy

Cơ sở lý thuyết của phương pháp mô hình là lý thuyết tương tự : Kết luận rút

ra từ suy luận tương tự chỉ có tính chất là một giả thuyết, là nguồn gốc tri thức mới Giả thuyết đó chỉ trở thành chân lý khoa học khi chúng được kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm

1.5.3 Các giai đoạn của phương pháp mô hình

Trong vật lý, phương pháp mô hình nói chung gồm 4 giai đoạn sau :

* Giai đoạn 1 - Yêu cầu những tính chất của đối tượng gốc : Bằng quan sát

thực nghiệm, người ta xác định được một tập hợp những tính chất của đối tượng yêu cầu Giai đoạn này được coi là tập hợp các sự kiện ban đầu làm cơ

sở để xây dựng mô hình

* Giai đoạn 2 - Xây dựng mô hình: trong giai đoạn này, trí tưởng tượng và

trực giác giữ vai trò quan trọng

* Giai đoạn 3 - Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả lý thuyết

* Giai đoạn 4 - Thực nghiệm và kiểm tra

1.5.4 Các mức độ sử dụng phương pháp mô hình trong dạy học vật lý

* Mức độ 1: Giáo viên trình bày các sự kiện thực tế mà học sinh không thể

giải thích được bằng kiến thức cũ của họ, sau đó đưa ra mô hình mà các nhà khoa học đã xây dựng để giải thích các sự kiện trên Ở giai đoạn này, học sinh tiếp thu thông tin về các mô hình một cách thụ động vì họ chỉ biết phân biệt mô hình với thực tế và làm quen với cách sử dụng mô hình để giải quyết thực tế

* Mức độ 2: Học sinh sử dụng mô hình mà giáo viên đã đưa ra để giải thích

một số hiện tượng đơn giản tương tự với hiện tượng ban đầu đã biết

* Mức độ 3: Học sinh sử dụng mô hình mà giáo viên đã đưa ra để dự đoán

hiện tượng mới

* Mức độ 4: Học sinh dưới sự hướng dẫn của giáo viên tham gia vào cả 4

giai đoạn của phương pháp mô hình; do đó, nắm vững được tính chất của mô hình và sử dụng mô hình giải quyết nhiệm vụ nhận thức

* Mức độ 5: Học sinh tự lực xây dựng mô hình để giải quyết nhiệm vụ

1.5.5 Sử dụng phần mềm Toán Mathematica trong việc xây dựng các mô

hình vật lý

Phương pháp mô hình là một trong các phương pháp đặc trưng trong nghiên cứu Vật lý, việc xây dựng mô hình giải thích các hiện tượng vật lý quan sát được gắn liền với việc đưa ra các phương trình toán học mô tả quá trình hiện tượng đó Trong điều kiện cụ thể, khi mô hình vận động, tức là giải các phương trình đó, thì thường gặp khó khăn, nhất là các phương trình phức tạp Do các hạn chế về kiến thức toán học, với trình độ học sinh phổ thông, nhiều phương trình mô tả các quá trình, hiện tượng vật lý học sinh không giải được (ví dụ: phương trình vi phân mô tả dao động điều hoà x" +

2 x =0) Hiện nay, với sự trợ giúp của MTĐT, các phương trình đó được giải quyết dễ dàng Vì vậy MTĐT có vai trò rất lớn đến việc dạy học sinh nghiên cứu Vật lý theo phương pháp mô hình

Các giai đoạn thực hiện phương pháp mô hình thường như sau:

1) Quan sát hiện tượng cần nghiên cứu Nhu cầu đề xuất một mô hình mới thường xuất hiện từ các cơ sở khoa học để giải thích các kết quả quan sát, số liệu thu được trong phòng thí nghiệm Vì vậy, khi xây dựng mô hình

về hiện tượng, quá trình vật lý cần phải quan sát sâu sắc hiện tượng đó và tiến hành các phép đo, thu thập các số liệu, biểu thị số liệu dưới dạng bảng hay đồ thị

2) Đưa ra giả thuyết về các mối liên hệ có tính quy luật của một số hiện tượng nghiên cứu để giải thích những kết quả, dữ liệu thu thập (quan sát, đo đạc) thì trước hết cần phải đề xuất giả thuyết về cấu trúc, tính chất hay mối liên hệ định tính có tính quy luật của một số hiện tượng nghiên cứu (ví dụ: quan sát hình ảnh chụp liên tiếp của con lắc lò xo xếp cạnh nhau, đưa

ra giả thuyết: li độ của con lắc lò xo tuân theo định luật hàm số Sin hoặc Cosin) Khi xây dựng mô hình, để giải thích một cách chính xác, sâu sắc và định lượng về cấu trúc, tính chất hay mối liên hệ có tính quy luật của một số hiện tượng vật lý này phải có tính chất định lượng, nghĩa là bằng các

phương trình toán học (ví dụ: phương trình li độ của con lắc lò xo : x= A Sin (t+))

3) Kiểm tra giả thuyết mô hình: sau khi đưa ra mô hình, nếu không có MTĐT thì việc kiểm tra giả thuyết là đúng hay sai là một công việc khó khăn Với MTĐT và các tính năng của phần mềm Mathematica, công việc này có thể thực hiện dễ dàng đối với học sinh (Ví dụ: tìm ra một đường đồ thị hình Sin trùng khớp với các hình ảnh về li độ của con lắc lò xo)

Việc sử dụng MTĐT và các ứng dụng của phần mềm Toán Mathematica thích hợp, trợ giúp học sinh xây dựng được nhiều mô hình dưới dạng các phương trình toán học phức tạp khác nhau, kiểm tra giả thuyết một cách nhanh chóng, góp phần phát triển tư duy sáng tạo khi nghiên cứu các hiện tượng, quá trình vật lý

1.6 Ý đồ sư phạm của việc giảng dạy phần cơ học cho học sinh trung học phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán Mathematica

1.6.1 Vận dụng lí luận phương pháp dạy học tích cực, dạy học giải quyết vấn đề vào dạy và học với sự hỗ trợ của phần mềm toán Mathematica Chúng tôi thấy một con đường mới giúp học sinh học tập và giúp giáo viên dạy học trên cơ sở tự lực, tích cực chiếm lĩnh trí thức, phát triển tư duy cho học sinh đó là con đường:

-Đưa học sinh vào hoạt động tự lực, tích cực chiếm lĩnh kiến thức, tự lực giải quyết vấn đề thông qua việc học sinh khai thác các thông tin trên sự

mô phỏng các hiện tượng phần cơ học Tổ chức thảo luận nhóm, thảo luận trước lớp dưới sự hướng dẫn của giáo viên, tạo cơ hội cho học sinh tự đánh giá và cùng giáo viên đánh giá với sự trợ giúp của các ứng dụng kiểm tra bằng Mathematica

- Trong các điều kiện có thể, giáo viên có thể sử dụng máy tính và phần mềm Mathematica như là một công cụ hỗ trợ giảng dạy, mô phỏng các

hiện tượng, thí nghiệm Vật lý mà trong điều kiện hiện tại không thể thực hiện được do các yếu tố kỹ thuật, trang thiết bị

-Thông qua dạy và học với sự hỗ trợ của phần mềm toán có thể dạy học sinh vận dụng các kiến thức, kĩ năng Tin học đã biết để tự lực chiếm lĩnh tri thức Trong dạy học như vậy, học sinh sẽ được phát huy tính tích cực

tự lực của mình trong học tập; giáo viên là người hướng dẫn, giúp đỡ khi học sinh gặp khó khăn không thể tự mình vượt qua được

1.6.2 Nghiên cứu các nguyên tắc và kỹ thuật sử dụng phần mềm toán Mathematica nhằm kết hợp các yếu tố sư phạm và kỹ thuật Tin học để xây dựng các mô hình có tính sư phạm cao; chương trình hoá quá trình dạy học phần cơ học giúp học sinh có thể học tập tích cực, tự lực

Việc sử dụng phần mềm Mathematica cần dựa trên cơ sở:

- Nội dung kiến thức cần xây dựng

- Vốn kiến thức, kinh nghiệm sẵn có và trình độ tư duy, của học sinh

- Khả năng ứng dụng Tin học vào dạy và học của giáo viên và học sinh

- Tình hình trang thiết bị, sử dụng máy tính ở trường phổ thông

- Mục đích sư phạm cần đạt được sau khi dạy học

Qua phân tích ở trên, chúng tôi thấy cùng với sự phát triển về công nghệ phần mềm, việc dùng phần mềm toán Mathematica hỗ trợ học tập là không quá phức tạp Với khả năng Tin học của giáo viên và học sinh phổ thông nói chung và phổ thông chuyên vật lý, họ có thể tự xây dựng được các bài để phục vụ dạy và học Còn về nội dung kiến thức phần cơ học có nhiều khái niệm trừu tượng, để hiểu rõ chúng, cần có sự hỗ trợ của các phần mềm dạy học