Sử dụng ngôn ngữ lập trình Mathematica để giải một số bài toán về phần phản ứng hạt nhân trong chương trình sách giáo khoa Vật lí lớp 12 ban cơ bản

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRẦN MINH TÚ SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TRONG CHƯƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA

Đại học Quốc gia Hà Nội

Đại Học Giáo Dục

TRẦN MINH TÚ

SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TRONG CHƯƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 12 BAN CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN MINH TÚ

SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN TRONG CHƯƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 12 BAN CƠ BẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học (Bộ môn Vật lý)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Loát

Hà Nội – 2010

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo trong Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình giảng dạy truyền thụ cho tác giả về những kiến thức quý báu về PPDH và hết lòng giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài

Tác giả xin được bày tỏ lòng lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Bùi Văn Loát, người thầy đã tận tình giảng dạy, hướng dẫn và động viên khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm luận văn

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trường Trung học Cơ sở Trương Hán Siêu thành Phố Ninh Bình đã động viên tạo mọi điều kiện cho tác giả được đi học cũng như trong quá trình thực hiện đề tài

Tác giả bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bè bạn và các bạn học viên khóa 3, khóa 4 Cao học Lý luận và Phương pháp Dạy học trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã động viên, giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và có nhiều ý kiến quý báu giúp tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót, tác giả mong nhận được những sự chỉ bảo, góp ý của các Thầy, Cô giáo và các bạn

Hà Nội, ngày 02 tháng 12 năm 2010

Tác giả

CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

5 Phạm vi nghiên cứu 4

6 Giả thuyết khoa học 4

7 Phương pháp nghiên cứu 4

8 Đóng góp của đề tài 5

9 Cấu trúc Luận văn 5

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỂ TÀI 6

1.1 Khái quát chung và nhiệm vụ của quá trình dạy học 6

1.1.1 Khái quá chung 6

1.1.2 Nhiệm vụ của quá trình dạy học 7

1.2 Mục đích đổi mới phương pháp dạy học 7

1.2.1 Phương pháp dạy học 7

1.2.2 Mối quan hệ giữa mục tiêu, nội dung, phương pháp 8

1.2.3 Thực trạng của việc dạy và học hiện nay 9

1.2.4 Sự cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học 9

1.3 Định hướng đổi mới 9

1.4 Dạy học tích cực 10

1.4.1 Quan điểm về phương pháp dạy học tích cực 10

1.4.2 Phương pháp dạy học tích cực 11

1.4.3 Những dấu hiệu cơ bản của PPDHTC 11

1.5 Một số vấn đề về phương pháp dạy học Vật lí 15

1.5.1 Đối tượng của phương pháp dạy học Vật lí 15

1.5.2 Nhiệm vụ của phương pháp dạy học Vật lí 15

1.5.3 Tính đặc thù của phương pháp dạy học Vật lí – Phương pháp nhận thức Vật lí 15

1.6.1 Xác định nhu cầu, phong cách học môn Vật lí của học sinh 17

1.6.2 Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học môn Vật lí 17

1.6.3 Xác định yêu cầu về nội dung bài dạy học môn Vật lí

18 1.7 Lí luận về bài tập vật lý 20

1.7.1 Lí luận về bài tập Vật lí 20

1.7.2 Sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học Vật lí Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập Vật lí 22

1.7.3 Lựa chọn bài tập Vật lí 23

1.8 Ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí 24

1.8.1 Giáo dục và công nghệ 24

1.8.2 Vai trò của CNTT trong dạy học Vật lí 25

1.8.3 Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học môn Vật lí 26

1.8.4 Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí 27

1.9 Mục đích giảng dạy một số phản ứng hạt nhân cho học sinh phổ thông với sự hỗ trợ của phần mền toán học Mathematica 28

1.9.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng hạt nhân 28

1.9.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng hạt nhân 29

Kết luận chương 1 30

Chương 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 31

2.1 Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica 31

2.2 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính 31

2.2.1 Các tính toán bằng số 32

2.2.2 Phép tính bằng ký hiệu 32

2.2.3 Vẽ đồ thị 33

2.3 Mathematica là ngôn ngữ lập trình 34

2.4 Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học 35

2.5 Mathematica là môi trường tính toán 35

2.6 Các lệnh trong Mathematica 36

2.7 Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số 37

2.7.1 Các toán tử số học 37

2.7.2 Các toán tử logic 37

2.7.3 Các thuật toán trong Mathematica 38

2.7.4 Các hàm cơ bản 39

2.8 Đồ họa trong Mathematica 40

2.8.1 Đồ thị hàm một biến 40

2.8.2 Đồ thị hàm hai biến ba chiều 42

2.8.3.Cấu trúc đồ thị 45

2.9 Phân tích một số dạng bài tập về phần phản ứng hạt nhân 46

2.9.1 Các dạng toán 46

2.9.2 Cơ sở lí thuyết về phản ứng hạt nhân 47

2.9.3 Động học phản ứng hạt nhân 49

Kết luận chương 2 54

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 55

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 55

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 55

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 55

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 55

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 56

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 56

3.3.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm của các lớp TN và ĐC 58

Kết luận chương 3 68

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Khuyến nghị 70

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong những năm gần đây, Tin học đã phát triểt rất mạnh đã tạo nên cuộc cách mạng trong mọi lĩnh vực hoạt động kinh tế chính trị xã hội Xác định tầm quan trọng của Tin học, ngày 17-10-2000, Bộ chính trị đã ra chỉ thị 58-CT/TW về đẩy mạnh và phát triển công nghệ thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệ hoá, hiện đại hoá đất nước

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 cả tiến tổ chức, 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

Nghị quyết hội nghị lần thứ IV Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam khoá VII đã chỉ rõ: Cần phải “đổi mới phương pháp dạy và học

ở tất cả các các cấp học, bậc học, áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề?”

Đổi mới phương pháp 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 nói chung và Vật lý học nói riêng Tuy nhiên, phương pháp dạy học các bộ môn khoa học tự nhiên nói chung và bộ môn Vật lý nói riêng ở trường phổ thông vẫn mang nặng tính chất thông báo, tái hiện Học sinh ít được tạo điều kiện bồi dưỡng các phương pháp nhận thức, rèn luyện và tư duy khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề

Mặc dù về mặt lý luận và thực tiễn khách quan cho thấy hiệu quả, lợi ích to lớn của việc dạy học điện tử Nhưng tới nay những công trình nghiên cứu, tài liệu về phương pháp xây dựng bài giảng điện tử và sử dụng chúng trong quá trình dạy học để nâng cao chất lượng, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức và phát huy óc sáng tạo vẫn chưa được các nhà lý luận dạy học quan tâm đúng mức, vì vậy việc triển khai còn gặp nhiều khó khăn

Đổi mới phương pháp dạy học bên cạnh cung cấp kiến thức cho học sinh, cần phải rèn cho học sinh năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực làm việc độc lập và năng lực tự nghiên cứu khoa học

Tại các trường học phổ thông trên cả nước hiện nay nói chung và trên địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng, học sinh ít được tạo điều kiện rèn luyện

tư duy, nhận thức một cách logic, khoa học, năng lực tự giải quyết vấn đề Trong đổi mới phương pháp dạy học, chúng ta cần phải có thời gian để dần chuyển từ phương pháp dạy học truyền thống – giáo viên là trung tâm, là người truyền đạt kiến thức, người học tiếp thu kiến thức một cách thụ động… sang phương pháp dạy học hiện đại, lấy người học làm trung tâm Ở đây, giáo viên là người đóng vai trò hướng dẫn người học chủ động tiếp cận kiến thức một cách khoa học

Có thể thấy rất rõ điều vô lý là trong khi chúng ta mong muốn đưa người học về vị trí trung tâm trong giáo dục, ý kiến người học sẽ định hướng cho cách học của chính mình và cho cả sự phát triển của nền giáo dục thì chúng ta lại không quan tâm tới ý kiến, suy nghĩ của người học Điều này cũng có thể hiểu như việc chúng ta muốn học sinh, sinh viên, học viên chủ động trong học tập, chủ động trong nghiên cứu và là trung tâm của giáo dục Nhưng lại tiến hành theo phương thức gò bó, ép buộc, áp đặt mà không xem xét công việc đó có phù hợp với ý kiến của người học, với thời đại không

các trường học ở các thành phố, thị xã – nơi có điều kiện nhanh chóng tiếp thu công nghệ, đặc biệt ở Hà Nội – là trung tâm văn hóa, kinh tế, chính trị… của cả nước thì việc ứng dụng công nghệ vào dạy học là hoàn toàn cần thiết

và khả thi Để đáp ứng nhu cầu đó, thì việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica là một giải pháp tối ưu, vì đây là phần mềm đáp ứng được nhu cầu của đa số giáo viên trong công tác giảng dạy; phần mềm dễ sử dụng, tính năng đồ họa, tính toán và đặc biệt đây là công cụ mạnh trong việc giúp giáo viên xây dựng các mô hình vật lý một cách dễ dàng, thuận tiện…Đó cũng

chính là một trong các lý do giúp chúng tôi chọn tên đề tài “Sử dụng ngôn

ngữ lập trình Mathematica để giải một số bài toán về phần phản ứng hạt nhân trong chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Ban cơ bản” làm đề

tài Luận văn thạc sĩ

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng lý luận về giải bài tập Vật lý, sử dụng hệ thống phần mềm Mathematica để giải một số bài tập thuộc phần “Phản ứng hạt nhân của hạt nhân” sách giáo khoa 12 ban cơ bản, soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức dạy học nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học

3 Đối tƣợng nghiên cứu

Hoạt động dạy, học của giáo viên và học sinh khi có sự hỗ trợ bởi phần mền toán học Mathematica trong việc giải bài tập vật lý

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giải bài tập Vật lý, nghiên cứu phần mềm Mathematíca trong việc tổ chức dạy học vật lý nói chung và trong dạy học

phần vật lý hạt nhân nói riêng

- Nghiên cứu những vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý tại các trường THPT nói chung, tại trường THPT Cổ Loa nói riêng trong việc sử dụng phần mền Mathematica nhằm hỗ trợ giải các bài tập vật lý

- Đưa ra giải pháp xây dựng một số bài tập trong phần Phản ứng hạt

nhân của hạt nhân

5 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu quá trình dạy học nói chung, dạy vật lý nói riêng trong trường THPT khi có sự hỗ trợ bởi phầm mền toán học Mathematica trong việc giải các bài tập vật lý, cụ thể là giải một số bài tập vật lý trong phần

phản ứng hạt nhân Với mục đích nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ

thông tin, khả năng giải quyết vấn đề, khả năng làm việc nhóm, năng lực nhận thức Giúp người học chủ động giải quyết vần đề khi gặp phải trong quá trình dạy học và giúp người dạy có thêm công cụ trong việc dạy các bài tập

6 Giả thuyết khoa học

Tin học hóa quá trình dạy học đã và đang chiếm ưu thế Đặc biệt là việc ứng dụng các phần mền vào quá trình dạy học, phần mền Mathematica một cách hợp lý, nó mang lại hiệu quả cao trong day học

Xây dựng các mô hình mô phỏng các hiện tượng vật lý, hỗ trợ giảng dạy, từ đó dễ ràng giúp học sinh đưa ra các phương án giải quyết vấn đề trong

phần phản ứng hạt nhân của hạt nhân, qua đó giúp cho học sinh thể hiện

năng lực bản thân, rèn luyện, phát triển khả năng tư duy, sáng tạo một cách toàn diện

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1.Phương pháp nghiên cứu lý luận

Dựa vào tài liệu lý luận dạy học làm sáng tỏ các quan điểm, trong tổ chức, điều khiển diễn biến quá trình dạy học giải bài tập Từ đó học sinh gải quyết những vấn đề gặp phải trong quá trình nhận thức

Sử dụng phần mền toán học Mathematica và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế, giải quyết các vấn đề trong giải bài tập vật lý phục vụ quá

Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, sách tham khảo, từ đó xác định chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài tập vật lý mà học sinh cần phải nắm được khi học phần phản ứng hạt nhân của hạt nhân

7.2.Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Nghiên cứu quá trình dạy học trong trường THPT nói chung và trường THPT Cổ Loa nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy, dự giờ, thảo luận với các đồng nghiệp và đánh giá của học sinh Từ đó đánh giá tình hình dạy,

học phần phản ứng hạt nhân của hạt nhân của học sinh phổ thông

Nghiên cứu quá trình sử dụng máy tính trong việc ứng dụng phần mền Mathematica mô phỏng, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng dạy ở trường THPT

9 Cấu trúc Luận văn

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

Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài

Chương 2: Những nét cơ bản phần mền toán học Mathematica Phân tích một số dạng bài tập phần phản ứng hạt nhân

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỂ TÀI

1.1 Khái quát chung và nhiệm vụ của quá trình dạy học

1.1.1 Khái quá chung

Quá trình dạy học là sự thống nhất biện chứng gữa hai yếu tố cơ bản trong quá trong quá trình dạy học: hoạt động dạy và hoạt động học Hoạt động dạy và học có sự tác động qua lại lẫn nhau, tương hỗ lẫn nhau Nếu thiếu một trong hai hoạt động đó thì quá trình dạy học không thể diễn ra Để quá trình dạy học diễn ra thực sự hiệu quả, chúng ta cần phải tính tới các yếu tố cơ bản sau:

a Đối với người dạy

Đây là hoạt động lãnh đạo, tổ chức, điều khiển hoạt động nhận thức của học sinh Để hoạt động dạy đạt kết quả cao thì người dạy phải :

- Đề ra mục tiêu, yêu cầu phù hợp đối với người học

- Xây dựng kế hoạch hoạt động dạy sát thực

- Tổ chức hoạt động dạy sao cho phù hợp với các đối tượng học

- Có phương pháp dạy thích hợp, nhằm kích thích tính tích cực, năng động, tự giác, chủ động sáng tạo của gười học bằng cách tạo nên nhu cầu, động cơ, hứng thú, lòng ham hiểu biết…và làm cho người học ý thức được trách nhiệm cũng như nghĩa vụ của họ trong việc học

- Tổ chức kiểm tra, đánh giá kết quả của người học một cách khách quan Qua đó người dạy có cơ sở để điều chỉnh, sửa chữa kịp thời những hạn chế, thiếu sót của người học cũng như công tác giảng dạy của bản thân

b Đối với người học

Người học là chủ thể của nhận thức, hoạt động của họ có tính quyết

- Tiếp nhận nhiệm vụ, kế hoạch học tập mà giáo viên đưa ra

- Tiến hành hoạt động nhận thức với mục tiêu giải quyết nhiệm vụ học tập được đưa ra

- Tự điều chỉnh hoạt động học tập của mình thông qua hoạt động kiểm tra, đánh giá bản thân và sự đánh giá của giáo viên Từ đó, điều chỉnh hoạt động học tập theo hướng tích cực hơn [1, Tr.50]

1.1.2 Nhiệm vụ của quá trình dạy học

Để đưa ra nhiệm vụ dạy học, chúng ta cần dựa trên những cơ sở:

- Mục tiêu đào tạo

- Sự phát triển của khao học công nghệ

- Đặc điểm của học sinh và tình hình cụ thể của nhà trường

Các nhiệm vụ của quá trình dạy học:

* Điều khiển, tổ chức học sinh nắm vững hệ thống tri thức phổ thông

cơ bản, hiện đại, phù hợp với thực tiễn của đất nước về tự nhiên và xã hội, đồng thời rèn luyện cho học sinh hệ thống kỹ năng kỹ xảo tưng ứng

- Kỹ năng nắm bắt thông tin

- Kỹ năng làm việc theo nhóm

- Kỹ năng phân tích và giải quyết vấn đề

- Kỹ năng tổ chức và điều khiển

- Kỹ năng tự nghiên cứu…

* Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành, phát triển năng lực phẩm chất, trí tuệ, đặc biệt là năng lực tư duy độc lâp và sáng tạo

* Tổ chức, điều khiển học sinh hình thành cơ sở thế giới quan khoa học, phẩm chất đạo đức nói riêng và phát triển nhân cách nói chung

1.2 Mục đích đổi mới phương pháp dạy học

1.2.1 Phương pháp dạy học

Phương pháp dạy học bao gồm phương pháp dạy và phương pháp học

Phương pháp dạy là cách thức mà người dạy trình bày tri thức, tổ chức kiểm tra hoạt động nhận thức của học sinh Ở đó, người dạy có thể áp dụng các phương tiện hiện đại nhằm đạt được các nhiệm vụ của dạy học

Theo quan điểm công nghệ dạy học, phương pháp dạy học là cách thức thiết kế và thi công quá trình dạy học của người giáo viên nhằm đạt được các nhiệm vụ dạy học Mỗi phương pháp bao gồm các yếu tố:

- Mục đích dạy học được xác định trước

- Hệ thống những hành động liên tiếp tương ứng

- Phương pháp hành động tương ứng

- Quá trình biến đổi của đối tượng bị tác động, kết quả thu được [2, Tr.15]

1.2.2 Mối quan hệ giữa mục tiêu, nội dung, phương pháp

* Mục tiêu: hướng tới đào tạo ra những người lao động tự chủ, sáng tạo, có năng lực thích ứng nền kinh tế thị trường, có năng lực giải quyết vấn đề…từ đó góp phần thực hiện mục tiêu “Dân giàu nước mạnh xã hội công bằng văn minh”

* Nội dung: phải bảo đảm tính cơ bản, toàn diện, thiết thực, hiệu qủa có

hệ thống, coi trọng giáo dục tư tưởng, ý thức công dân cùng việc bảo tồn và phát huy truyền thống tốt đẹp, bản sắc văn hóa dân tộc sao cho phù hợp với sự phát triển về tâm sinh lý lứa tuổi của người học

* Phương pháp: một phương pháp dạy học tốt là phương pháp phát huy được tính tíc cực, chủ động của người học, giúp người học làm chủ động tìm hiểu nội dung mới, kiến thức mới, từ đó vận dụng những nội dung, kiến thức mới vào giải quyết vấn đề Với phương pháp tốt, sẽ giúp cho người học “ Học một biết mười”

Vậy dạy học là quá trình tự thiết kế, thi công của giáo viên, với học

1.2.3 Thực trạng của việc dạy và học hiện nay

Ngành Giáo dục luôn đưa ra khẩu hiệu “Biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo” Cuộc cải cách Giáo dục lần thứ hai năm 1980 đã phần nào phát huy tính tích cực, nhằm tạo ra thế hệ những người lao động sáng tạo, chủ động, làm chủ đất nước

Nhưng trên thực tế, cho tới nay ở các trường THPT phương pháp dạy

và học vẫn phổ biến đơn thuần chỉ là thông báo lượng kiến thức được định sẵn trong sách giáo khoa, học sinh học một cách thụ động Tình trạng chung trong các trường học hiên nay phổ biến vẫn là “Thầy đọc – Trò chép” hoặc giảng bài cùng với vấn đáp mang tính tái hiện, minh họa

1.2.4 Sự cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học

Đứng trước yêu cầu của sự công nghiệp hóa, hiện đại háo đất nước (2000 - 2020), sự thách thức trên con đường cạnh tranh và hội nhập, đòi hỏi ngành Giáo dục phải tiến hành đổi mới một cách toàn diện, trong đó có sự đổi mới cơ bản về phương pháp dạy và học Đây không chỉ là vấn đề quan tâm riêng của nước ta hiện nay, mà là vấn đề đã và đang được hầu hết các quốc gia quan tâm trong chiến lược phát triển đất nước – chiến lược phát triển nguồn nhân lực phục vụ cho các mục tiêu kinh tế và xã hội

1.3 Định hướng đổi mới

Định hướng đổi mới phương pháp dạy học của ngành Giáo dục đã được đưa ra trong nghị quyết Trung ương 4 khóa VII (1-1993), nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII (12-1996), được thể chế hóa trong Luật Giáo dục (12-1998)

Khoản 2 điều 24 Luật Giáo dục ghi rõ “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, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” và hơn nữa nội dung đổi mới

đó được Bộ Giáo dục cụ thể hóa trong chỉ thị số 15 (4-1999) Mục đích của

đổi mới phương pháp dạy học là nhằm đào tạo thế hệ trẻ năng động, sáng tạo, có khả năng làm việc nhóm, làm việc độc lập, có khả năng hoạch định

và giải quyết vấn đề… Nhằm thực hiện mục tiêu công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước

1.4 Dạy học tích cực

1.4.1 Quan điểm về phương pháp dạy học tích cực

Phương pháp dạy học tích cực là phương pháp dạyhọc theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học

Phương pháp dạy học tích cực là hướng tới hoạt động hóa, tích cực hóa hoạt động nhận thức của người học, tập chung phát huy tính tích cực của người học chứ không chỉ tập chung phát huy tính tích cực của người dạy Xong để cho người học phát huy tính tích cực của mình thì người dạy phải nỗ lực nhiều hơn so với phương pháp dạy thụ động

Muốn đổi mới cách học của người học thì trước hết người dạy phải thay đổi cách dạy Cách dạy chỉ đạo cách học và ngược lại thói quen học của người học cũng ảnh hưởng tới cách dạy của giáo viên Có khi người học đòi hỏi cách dạy tích cực ở người dạy, nhưng người dạy chưa đáp ứng được và ngược lại có khi người dạy áp dụng PPDHTC nhưng vẫn thất bại, vì người học vẫn quen với lối học thụ động Chính vì vậy người dạy phải kiên trì sử dụng phương pháp dạy tích cực nhằm dần tao cho học sinh thói quen học tập theo cách chủ động, từ thầp lên cao, từ cơ bản đến phức tạp Để phương pháp dạy học tích cực đạt hiệu quả cao thì cần có sự hợp tác giữa thầy và trò, giữa giáo viên với nhà trường, giữa các đơn vị quản lý giáo dục…

Để phương pháp dạy học tích cực đạt được hiểu quả cao thì chúng ta cần đổi mới một cách toàn diện từ các khâu quản lý, tổ chức dạy, học tới khâu kiểm tra đánh giá

1.4.2 Phương pháp dạy học tích cực

Phương pháp dạy học tích cực là cách dạy hướng tới việc học tập tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, khắc phục thói quen học tập thụ động của học sinh

Dạy và học tích cực là một trong những mục tiêu chung và đồng thời

đó cũng là tiêu chuẩn về giáo dục hiệu quả, hướng dẫn cho việc đổi mới cả phương pháp đào tạo giáo viên và dạy học trong trường phổ thông

Dạy học tích cực đem lại hiệu quả cao trong giáo dục Học sinh tham gia một cách tích cực và kiến tạo, qua đó người học xây dựng mối liên hệ giữa thông tin mới và những kiến thức, kỹ năng sẵn có

1.4.3 Những dấu hiệu cơ bản của PPDHTC

a Dạy học thông qua việc tổ chức các hoạt động của học sinh

Khi đề cập đến quá trình dạy học thông qua việc điều chỉnh các hoạt

động của học sinh, nhiều tác giả cũng đưa ra nhận định như: “ Suy nghĩ tức là

hành động”(J.Piagiê), “ Cách tốt nhất để hiểu là làm” ( Kant) Sinh thời Bác

Hồ luôn luôn nhắc nhở chúng ta rằng: “Học để hành; học và hành phải đi đôi

Học mà không hành thì vô ích; hành mà không học thì hành không trôi chảy”[2 Tr.93]

Trong PPDHTC thì người học có vai trò là chủ thể của hoạt động, hoạt động học được người học tổ chức dưới sự hướng dẫn, chỉ đạo của GV Qua

đó HS tự khám phá những kiến thức mới chứ không thụ động tiếp thu tri thức sẵn có Người học trực tiếp quan sát, nghiên cứu, thảo luận, làm thí nghiệm thực hành và tự giải quyết vấn đề được đặt ra theo cách của chính mình Để từ

đó nắm bắt được kiến thức, kỹ năng, phương pháp tìm ra kiến thức dựa trên nền tảng những kiến thức vốn có của bản thân không theo một khuôn mẫu

định sẵn Ở đó, người học có cơ hội bộc lộ, phát huy khả năng “ Từ học làm

đến biết làm, muốn làm, muốn tồn tại và phát triển như nhân cách của một

con người lao động; tự chủ năng động và sáng tạo” [2, Tr.94 ]

b Dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp tự học

Trong hoạt động dạy và học, chúng ta phải chú trọng nâng cao hiệu quả của việc dạy song song với mục tiêu dạy học

Ngày nay, chúng ta đang đứng trong thời kỳ bùng nổ về khoa học và công nghệ thì việc dạy phương pháp học cốt lõi là dạy cho người học phương pháp tự học Một trong những yếu tố quan trọng bảo đảm thành công trong việc học và nghiên cứu khoa học là: khả năng phát huy kịp thời, giải quyết hợp lý những vấn đề, tình huống nảy sinh trong thực tiễn

Rèn cho người học thói quen tự học, linh hoạt trong ứng dụng những điều mình học được vào giải quyết tình huống có vấn đề, từ đó khơi dạy lòng ham học hỏi, ham hiểu biết, khám phá vốn có ở mỗi người

d Vai trò của Giáo viên

Người GV trước kia dạy học theo phương pháp truyền thống: thông báo, giải thích, minh họa Nay chuyển sang PPDHTC, GV không còn đóng vai trò đơn thuần chỉ là người truyền đạt kiến thức, còn là người thiết kế, tổ chức, hướng dẫn các hoạt động độc lập nhằm giúp HS tự lực chiếm lĩnh các tri thức khoa học mới, hình thành kỹ năng, thái độ mới theo yêu cầu của trương trình

Trên lớp HS hoạt động là chính Để đạt được điều đó thì: GV khi chuẩn

bị phải đầu tư nhiều công sức và thời gian thì mới có thể thực hiện bài trên

còn được đề cao hơn nhiều so với trước Ở đây, người GV phải có trình độ chuyên môn sâu, rộng, trình độ sư phạm lành nghề, là người có đầu óc sáng tạo và nhạy cảm, linh hoạt trong tổ chức các hoạt động của HS, các tình huống xuấ hiện ngoài dự kiến của cả GV và HS

Điểm khác nhau giữa dạy học theo phương pháp tích cực và dạy học phương

pháp dạy học thụ động được đưa ra trong bảng 1

Bảng 1.1: Phương pháp dạy học tích cực và thị động [2, Tr.98]

Phương pháp dạy học thụ động Phương pháp dạy học tích cực

Tập trung vào hoạt động của GV Tập trung vào hoạt động của HS

GV thuyết trình và đối thoại là chính GV thiết kế, tổ chức, hướng dẫn các

kiến thức trong bài dựa vào kỹ năng

và kinh nghiệm của mình

GV huy động vốn kiến thức, kinh nghiệm của HS để xây dựng bài và giao tiếp Thầy – Trò được đưa lên hàng đầy

Quan hệ giao tiếp giữa thầy và trò,

nhưng thầy giữa vai trò chủ yếu

Quan hệ giao tiếp giữa thầy – trò, trò – trò với vai trò hợp tác

HS trả lời theo sách giáo khoa và vở

ghi

Luôn khuyến khích HS nêu những kiến thức, hiểu biết của cá nhân về vấn đề đang được tiếp cận

GV đưa ra ví dụ mẫu và yêu cầu HS

thực hành tương tự

HS tự xác định vấn đề và giải quyết vấn đề

Không phát huy được tính tích cực

của HS trong việc tham gia xây dựng

bài

Khuyến khích HS đưa ra câu hỏi trong quá trình học, nghe giảng Phát huy tính tích cực trong học tập của

HS tham gia xây dựng bài

HS làm bài hoàn toàn phụ thuộc vào

sách giáo khoa và những tài liệu ghi

chép trên lớp

HS làm bài tập có tính sáng tạo, tự nêu ra tình huống có vấn đề và giải quyết tính huống có vấn đề đó

GV độc quyền đánh giá và cho điểm

cố định, đánh giá theo tiêu trí có sẵn

GV khuyến khích HS nhận xét, bổ xung cho câu trả lời của bạn, tham gia vào quá trình đánh giá kết quả bài học

Qua bảng so sánh trên, chúng ta có thể thấy được phương pháp dạy học tích cực mới đáp ứng được nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực cho xã hội hiện nay

e Kết hợp đánh giá của thầy và tự đánh giá của trò

Mục đích của việc đánh giá là nhận định về thực trạng của việc dạy và học, để từ đó điều chỉnh hoạt động dạy và học

Với phương pháp dạy học truyền thống thì người dạy độc quyền đánh giá, người học là đối tượng đánh giá

Với phương pháp dạy học tích cực, luôn phát huy vai trò chủ động, tích cực của người học để chuẩn bị cho HS khả năng học tập liên tục, suốt đời như một mục tiêu giáo dục thì: GV phải hướng dẫn HS phát triển kỹ năng tự đánh giá để HS có thể tự điều chỉnh cách học của bản thân

Các PPDHTC đào tạo cho xã hội những con người năng động, tự chủ,

có khả năng tự giáo dục, sớm thích ứng với cuộc sống, dễ hòa nhập với cộng đồng, đồng thời người học có ý thức giáo dục bản thân trong các hoạt động của mình

Quá trình kiểm tra đánh giá, không chỉ giúp cho người học tái hiện kiến thức, mà còn kích thích óc sáng tạo của người học

1.5 Một số vấn đề về phương pháp dạy học Vật lí

Vấn đề phương pháp dạy học (PPDH) Vật lí là một môn khoa học được thể hiện ở chỗ nó giúp làm sáng tỏ các quy luật của quá trình dạy học Vật lí Các thành tố cơ bản của quá trình này là: mục đích của việc dạy học Vật lí, nội dung, các phương pháp, các hình thức và phương tiện dạy học, hoạt động của thầy và của trò Chức năng của phương pháp dạy học Vật lí là đi tìm con đường tối ưu giúp cho học sinh phổ thông nắm được các sự kiện, định luật, thuyết cơ bản về Vật lí và ngôn ngữ Vật lí, giúp học sinh được giáo dục và phát triển nhằm góp phần tốt nhất vào việc thực hiện mục tiêu đào tạo chung của nhà trường phổ thông

1.5.1 Đối tượng của phương pháp dạy học Vật lí

Phương pháp dạy học Vật lí nghiên cứu quá trình dạy học môn Vật lí trong trường phổ thông nhằm góp phần thực hiện mục tiêu đào tạo

Dựa vào những kết luận, nguyên tắc, quy luật của lí luận dạy học đại cương – một bộ phận quan trọng của khoa học giáo dục – phương pháp dạy học Vật lí nghiên cứu và giải quyết những nhiệm vụ quan trọng của việc dạy học bộ môn ở trường phổ thông: đó là các nhiệm vụ trí dục (giáo dưỡng), phát triển và giáo dục

1.5.2 Nhiệm vụ của phương pháp dạy học Vật lí

Phương pháp dạy học Vật lí giải đáp ba câu hỏi lớn sau:

- Dạy và học Vật lí để làm gì? (mục đích và nhiệm vụ của môn Vật lí)

- Dạy và học cái gì? (nội dung môn học)

- Dạy và học như thế nào? (phương pháp, tổ chức của việc dạy và của việc học)

1.5.3 Tính đặc thù của phương pháp dạy học Vật lí – Phương pháp nhận thức Vật lí

Trong trường phổ thông hiện nay những phương pháp nhận thức Vật lí phổ biến hay dùng là phương pháp thực nghiệm, phương pháp mô hình,

phương pháp tương tự, phương pháp thí nghiệm lí tưởng Trong khi áp dụng các phương pháp nhận thức Vật lí ta thường phải phối hợp sử dụng các phương pháp suy luận logic như phân tích, tổng hợp quy nạp, diễn dịch phương pháp suy luận logic này ứng dụng trong tất cả các giai đoạn của quá trình nhận thức nên cần rèn luyện cho HS thường xuyên

1.6 Xu hướng đổi mới PPDH Vật lí

Giáo dục của thế kỉ 21 đang đứng trước sự phát triển như vũ bão của các tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của CNTT Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với mục tiêu đưa nước ta tiến lên từ một nước nông nghiệp lạc hậu thành một nước công nghiệp vào năm 2020 Nhân tố quyết định sự thắng lợi của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước chính là nguồn lực con người Trước yêu cầu mới của xã hội, con người có học vấn hiện đại không chỉ có khả năng lấy tri thức ra từ trí nhớ ở dạng có sẵn, đã được học ở trường

mà còn phải biết tự mình chiếm lĩnh, sử dụng linh hoạt các tri thức đã học vào từng trường hợp cụ thể một cách sáng tạo, mang lại hiệu quả công việc cao nhất Chính vì thế mà một trong những yêu cầu cấp bách hiện nay là đổi mới phương pháp dạy học

Nghị quyết Đại hội Đảng lần thứ IX đã khẳng định “Đổi mới phương pháp dạy và học, phát huy tư duy sáng tạo và năng lực đào tạo của người học, coi trọng thực hành, thực nghiệm, làm chủ kiến thức, tránh nhồi nhét, học vẹt, học chay, đổi mới và thực hiện nghiêm minh chế độ thi cử… ” Như vậy mục tiêu của việc đổi mới phương pháp dạy học là giúp cho học sinh tích cực chủ động sáng tạo trong học tập, xóa bỏ thói quen học tập thụ động Từ những nhận định trên có thể thấy rằng việc đổi mới PPDH cần phải đặt trong một hệ thống chứ không thể coi PPDH là một thành tố độc lập

1.6.1 Xác định nhu cầu, phong cách học môn Vật lí của học sinh

Môn học vật lí được triển khai bắt đầu từ việc tìm hiểu và nhận diện được nhu cầu và phong cách học tập của học sinh Các thông tin đầy đủ về nhu cầu, kỳ vọng và phong cách học tập của học sinh sẽ giúp giáo viên phác họa được kế hoạch tổ chức triển khai và quản lí hiệu quả việc dạy học, thúc đẩy các quá trình tìm kiếm cơ hội hỗ trợ cho học sinh trong suốt quá trình dạy học Các phương pháp tìm hiểu học sinh Giáo viên có thể áp dụng nhiều phương pháp để thu thập thông tin về học sinh Các phương pháp cần đảm bảo tính tích hợp, đa chiều, mở và đơn giản (bằng các con đường tự nhiên nhất)

1.6.2 Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học môn Vật lí

Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học môn Vật lí được coi là khâu trọng tâm cho việc lập kế hoạch dạy học và kiểm tra đánh giá sau này

Mục tiêu dạy học được xây dựng nhằm thực hiện 2 chức năng chính:

- Định hướng trong dạy và học

- Căn cứ để kiểm tra đánh giá kết quả tiến bộ của học sinh

Dựa trên mục tiêu yêu cầu của phân phối chương trình, giáo viên cần

cụ thể hóa các mục tiêu đáp ứng các chỉ số về các tiêu chí hành vi (làm được gì?), tiêu chí thực hiện (làm được bao nhiêu là đủ) và tiêu chí điều kiện (làm được trong điều kiện nào?)

Tham khảo tiêu chí SMART trong xây dựng mục tiêu:

S (specific): cụ thể, chi tiết, rõ ràng, dễ hiểu

M (measuable): quan sát được, đo đếm được

A (achiveable): khả thi, vừa sức

R (realistic): thực tế

T (time-scale): có giới hạn về thời gian

Gợi ý xây dựng mục tiêu dạy học môn Vật lí

- Xác định mục tiêu chuẩn (trung bình) cần phải đạt

- Bắt đầu bằng tuyên bố: “sau bài học này (phần này, chương

này ) người học sẽ/có thể/phải:……….”

- Sử dụng các động từ chỉ hành vi, có thể quan sát, lượng hóa được

- Sử dụng 6 thang bậc tư duy nhận thức của B.J.Bloom để phân cấp mức mục tiêu:

- Gộp nhóm các mục tiêu cùng cấp

Bảng 1.2: Hệ thống hóa các mục tiêu theo ma trận

- Chia sẻ ý kiến đồng nghiệp

1.6.3 Xác định yêu cầu về nội dung bài dạy học môn Vật lí

1.6.3.1 Quá trình “cấu trúc hóa” lại nội dung cho phù hợp với điều kiện dạy

học cụ thể

Nội dung chương trình (ND1) và nội dung dạy học cụ thể trên lớp (ND2)

ND1: là toàn bộ nội dung kiến thức được thiết kế mang tính tổng thể,

chung cho một cấp học, chương trình học, được được trình bày theo một trật

tự logic khoa học, được qui định và thể chế hóa (chương trình sách giáo khoa)

ND2: là những nội dung dạy học theo chương trình nhưng đã được

cấu trúc lại nhưng vẫn đảm bảo tính hệ thống, logic khoa học, được trình bày

trong các hình thức dạy học khác nhau mang dấu ấn cá nhân của giáo viên

(trong từng trường hợp dạy học cụ thể)

Như vậy, để đảm bảo thực hiện đúng, đủ các yêu cầu về nội dung dạy

được những áp lực về thời gian, không gian, đối tượng…bất kỳ giáo viên nào cũng cần phải thực hiện quá trình “cấu trúc hóa” lại nội dung cho phù hợp với điều kiện dạy học cụ thể

Việc cấu trúc lại nội dung chương trình dạy học giúp cho giáo viên:

- Tăng khả năng áp dụng đa dạng các phương pháp và hình thức tổ chức dạy học (trong và ngoài giờ lên lớp)

- Phân bổ thời gian triển khai một cách hợp lý (có thể coi là một trong những giải pháp “giảm tải” hiện nay)

- Tăng cơ hội dạy học phân hóa (cho toàn lớp/ nhóm/cá nhân)

- Tăng cơ hội học tập tích cực cho học sinh

Trong đó: N1 …… N10 là các nội dung theo yêu cầu của chương trình

N1, N3, N7 là những nội dung cốt lõi (ND2CL)

N2, N5, N4, N9 là những nội dung cơ bản (ND2CB)

N6, N8, N10 là những nội dung bổ trợ (ND2BT) Như vậy chẳng hạn đối với ND2CL (gồm N1, N3, N7) giáo viên có thể

sẽ sử dụng nhiều thời gian hơn để giảng bài trên lớp, cho học sinh làm bài luyện tập, tăng cường hơn các phương pháp tích cực… nhằm giúp học sinh lĩnh hội kiến thức một cách chắc chắn

Nhưng đối với các nội dung bổ trợ ND2BT (gồm N6, N8, N10), giáo viên

có thể không dạy trực tiếp trên lớp mà tích hợp vào các bài tập nghiên cứu, tình huống… để giao cho học sinh về nhà làm (có hướng dẫn và tiêu chí kiểm tra đánh giá)

1.7 Lí luận về bài tập vật lý

1.7.1 Lí luận về bài tập Vật lí

Khi giáo viên thực hiện quá trình “cấu trúc hóa” lại nội dung cho phù hợp với điều kiện dạy học cụ thể thì công việc quan trọng, tốn nhều công sức

và thời gian là lựa chọn thiết kế hệ thống BTVL

Thông thường, trong sách giáo khoa và tài liệu lí luận dạy học bộ môn Vật lí, người ta hiểu những 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 luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức của họ vào thực tiễn.Nếu hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng tích cực luôn luôn là việc giải bài tập Về thực chất, mỗi một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu sách giáo khoa trong mỗi tiết học Vật lí chính là một bài tập đối với học sinh

Một trong những đặc trưng của phương pháp dạy học mới, hiện đại- phương pháp dạy học tích cực là tôn trọng vai trò chủ đạo của người học, kích thích tính độc lập, sáng tạo, trau dồi khả năng tự giáo dục cho mỗi người Giáo viên giúp học sinh nắm được phương pháp chiếm lĩnh kiến thức, phương pháp hoạt động học tập (nhận thức) cũng như phương thức hoạt động trong cuộc sống xã hội Qua việc tự giành lấy kiến thức ở học sinh hình thành phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, năng lực giải quyết vấn đề Nói cách khác, học sinh phát triển trong hoạt động và học tập diễn ra trong hoạt động Chính

vì lẽ đó, học sinh cần phải được huấn luyện ngay từ khâu xây dựng kiến thức cho đến khâu vận dụng nó vào thực tế Giải bài tập Vật lí là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được tiến hành nhiều nhất Do vậy, các bài tập Vật lí có tác dụng cực kì quan trọng trong việc hình thành rèn luyện kĩ năng

kĩ xảo vận dụng và tìm tòi kiến thức cho học sinh Chúng được sử dụng trong

- Hình thành và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo, vận dụng kiến thức vào thực tiễn

- Kiến thức sẽ được nắm vững thực sự nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng vào việc hoàn thành những bài tập lí thuyết và thực hành

- Hình thành kiến thức mới (kể cả cung cấp những kiến thức thực tiễn)

- Ôn tập những kiến thức đã học, củng cố những kiến thức cơ bản của bài giảng,

- Phát triển tư duy Vật lí

Trong thực tiễn dạy học, tư duy Vật lí thường được hiểu là “kĩ năng quan sát các hiện tượng Vật lí, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận thành phần và xác lập ở trong chúng những mối liên hệ giữa các mặt định tính và định lượng của các hiện tượng và của các đại lượng Vật

lí, đoán trước hệ quả từ các lí thuyết và áp dụng được kiến thức của mình Trừ một số bài tập đơn giản chỉ đề cập đến một hiện tượng Vật lí , đa số các hiện tượng nêu lên trong những bài tập là phức tạp Để giải được chúng phải phân tích hiện tượng phức tạp ấy thành các hiện tượng đơn giản, thành phần, nghĩa

là phải phân tích một bài tập phức tạp thành các bài tập đơn giản, thành phần Đồng thời thông thường trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể nêu lên trong bài tập, học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy để tìm hiểu, giải quyết vấn đề và rút ra kết luận cần thiết Nhờ thế, tư duy được phát triển và năng lực làm việc tự lực của học sinh được nâng cao

- Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độ, phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tập đồng thời góp phần giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục những sai lầm đó

- Giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

1.7.2 Sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học Vật lí Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập Vật lí

- Cần dự tính kế hoạch về việc sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học + Xác định mục đích sử dụng bài tập:

 Dùng bài tập làm xuất hiện vấn đề trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới

 Dùng bài tập hình thành kiến thức mới

 Dùng bài tập để củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết đã học

 Lựa chọn bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho mỗi loại bài tập đó

 Dùng bài tập để kiểm tra,đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh

+ Sắp xếp các bài tập đã chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và mục đích sử dụng trong tiến trình dạy học

Bảng 1.3 Kế hoạch sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học

Số thứ tự

bài ở SGK

Nội dung tiết học

Ra bài tập và giải ngay

tại lớp

Ra về nhà các bài tập

Giải ở lớp các bài tập

đã ra về nhà

Hình thành kiến thức mới

Củng cố

- Dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra, rèn cho học sinh kĩ năng giải những bài toán cơ bản

Phân loại bài tập Vật lí: Bài tập trắc nghiệm khách quan

đồ thị

Trắc nghiệm khách quan

lí

Kĩ thuật tổng hợp

Bài tập luyện tập

Bài tập sáng tạo

Bài tập định tính

Bài tập định lượng

Bài tập thí nghiệm

Cơ Nhiệt Điện Quang

Phương thức cho điều kiện và phương thức giải

Nội dung

Bài tập vật lí

Yêu cầu phát triển tư duy

Vật Lý Hạt Nhân

+ Chú ý thích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh vượt qua những khó khăn chủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến

+ Các bài tập đưa ra phải có tính hệ thống

+ Các bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời có chú ý đến sự phân hóa học sinh

1.8 Ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí

1.8.1 Giáo dục và công nghệ

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

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

1.8.2 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:

- 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

một cách sinh động, thu hút sự chú ý của HS Có thể sử dụng phối hợp nhiều PPDH như: dạy học nêu vấn đề, dạy học tạo tình hống… Qua đó giúp cho HS thật sự tích cực chủ động học tập

1.8.3 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 lítrong nnhaf 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:

- 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

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

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

1.8.4.1 Ưu 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

1.8.4.2 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 trợ chứ không thay thế được các thí nghiệm thực hành

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 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

1.9 Mục đích giảng dạy một số phản ứng hạt nhân cho học sinh phổ thông với sự hỗ trợ của phần mền toán học Mathematica

1.9.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng hạt nhân

Để HS có khả năng chiếm lĩnh và làm chủ kiến thức một cách nhanh, hiệu quả nhất thì trong quá trình DH người GV phải đưa ra phương pháp dạy học thích hợp; hướng người học đi theo hướng phát hiện và giải quyết vấn đề

- Khi học sinh giải các bài tập vật lý hạt nhân, vì các tính toán tương đối phức tạp nên nhiều học sinh xong khi giải bài tập không biết kết quả chính xác Với sự trợ giúp của chương trình này học sinh có thể chủ động kiểm tra được kết quả của mình đúng hay sai từ đó có thể xem xét, điều chỉnh, bổ sung kiến thức, đồng thời học sinh còn có thể tự thiết kế bài tập sau đó đưa ra phương pháp giải bài tập đó Việc làm phát huy tính tích cực chủ động và sáng tạo của học sinh

1.9.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng hạt nhân

Để sự kết hợp đó được hài hòa, mang lại hiệu quả cao thì người GV phải chú ý tới yếu tố sư phạm, quá trình tiến hành thiết kế bài giảng có sử dụng phần mềm Mathematica phải được tiến hành theo các bước như:

- Xác định mục tiêu của bài học

- Xác định kiến thức cơ bản và trọng tâm mà HS cần đạt được trong bài học

- Xác định vốn kiến thức, kỹ năng và trình độ tư duy của HS

- Khả năng ứng dụng CNTT của GV và HS Xác định tình hình cơ sở vật chất của trường sở tại

- Mục đích sư phạm cần đạt được sau khi kết thúc bài học

Qua quá trình phân tích, chúng ta nhận thấy việc ứng dụng CNTT cũng như các phần mềm vào quá trình dạy và học trong các trường phổ thông là hoàn toàn cấp thiết và hoàn toàn phù hợp với tình hình về cơ sở vật chất của đại đa số các trường học Ngoài ra, ứng dụng CNTT vào quá trình dạy, học còn giúp cho HS mở ra nhiều cơ hội, nhiều lựa chọn nghề nghiệp cho tương lai Tạo khả năng hội nhập và sánh vai về kinh tế, khoa học giáo dục, công nghệ của Việt Nam với thế giới

Kết luận chương 1

Nội dung của chương 1 đã trình bày khái quát về phương pháp dạy học tích cực những xu hướng đổi mới PPDH từ những nhận định có thể thấy rằng việc đổi mới PPDH cần phải đặt trong một hệ thống chứ không thể coi PPDH

là một thành tố độc lập Định hướng cơ bản về đổi mới PPDH Vật lí và các biện pháp thực hiện nhằm hoạt động hóa người học Đây là những yêu cầu cấp bách trong dạy học hiện nay để có thể đáp ứng được nhu cầu đào tạo con người trong thời kỳ mới

Giới thiệu những ứng dụng và vai trò của CNTT trong dạy học nói chung và dạy học Vật lí nói riêng trong kỷ nguyên của CNTT và truyền thông Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ trong việc dạy học Vật lí tạo điều kiện cho GV dạy tốt và HS học tốt hơn Việc ứng dụng CNTT trong dạy học giúp chúng ta đổi mới được nội dung và hình thức tổ chức dạy học, khắc phục

những nhược điểm của PPDH cũ Đưa ra các bước kết hợp hiệu quả giữa

phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy một số bài tập phần phản ứng hạt nhân

Chương 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN

2.1 Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica

Sau quá trình nghiên cứu lâu dài, vào năm 1988 hãng Wolfram Research đã cho ra đời phần mềm Mathematica Đây là phần mềm giúp ta tính toán toán học trên máy vi tính dựa vào các ngôn ngữ lập trình của Mathematica thực hiện các phép tính toán bằng ký hiệu, bằng số, đồ thị Sự ra đời của Mathematica ban đầu với mục đích là phục vụ cho các ngành khao học vật lý, công nghệ và toán học, nhưng do các tính năng và ưu điểm nổi trội của Mathematica mà phần mềm này ngày càng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học Do vậy, ngày nay phần mềm Mathematica không chỉ được sử dụng trong lĩnh vực khoa học tự nhiên mà nó cũng đã trở nên quan trọng trong cả lĩnh vực khoa học xã hội, kinh tế cụ thể như: dùng phần mềm Mathematica thiết kế, mô hình hóa các bài toán kinh tế,… Qua thống kê, trong 100.000 người sử dụng phần mềm Mathematica thì có 28% là kỹ sư, 21% là các nhà khoa học, 20% là các nhà vật lý, 12% là các nhà toán học, 12% là các nhà doanh nghiệp, các nhà xã hội học và nhân văn

Ngày nay số người sử dụng phần mềm này càng tăng: hầu hết 15 bộ chủ chốt của chính phủ Mỹ và 50 trường đại học lớn nhất thế giới sử dụng Mathematica và khoảng 200 quyển sách liên quan tới Mathematica được công

bố [ 4, Tr.8]

2.2 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính

Mathematica là hệ thống cho phép ta thực hiện các phép tính toán bằng

số, ký hiệu và vẽ đồ thị

Khi chạy trương trình viết trên phần mềm Mathematica thì từ phần có

ký hiệu In[n] là do người sử dụng viết vào, phần có ký hiệu Out[n] là kết quả

do phần mềm Mathematica đưa ra

2 2 3

3 2 1

7 4

1 8 1

4

1 2

1 4 1

2.2.2 Phép tính bằng ký hiệu

Khả năng tính toán bằng ký hiệu là điểm mạnh của Mathematica

2.2.3 Vẽ đồ thị

Vẽ đồ thị là một trong các ưu điểm của phần mềm Mathematica Nó cho phép ta vẽ tất cả các loại đồ thị, biểu bảng, giản đồ,… dưới mọi góc độ khác nhau, kể cả đồ thị trong không gian ba chiều (3D)

Ví dụ: vẽ đồ thị hàm tan(x)

Ta dùng lệnh: Plot[Tan[x],{x,-3 Pi,3 Pi}]

Chạy chương trình, kết quả cho ở hình 2.1:

Hình 2.1: Đồ thị hàm tan bằng Mathematical

Ví dụ: vẽ đồ thị hàm Cos(xy) dưới dạng 3D

Ta dùng lệnh: Plot3D[Cos[x y],{x,-3 Pi,3 Pi},{y,-3 Pi,3 Pi}]