Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab trong dạy học bài tập phần phóng xạ và phản ứng hạt nhân sách giáo khoa vật lý 12 nâng cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC DƢƠNG THẾ HIỂN SỬ DỤNG NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC BÀI TẬP PHẦN PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI – 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC DƢƠNG THẾ HIỂN SỬ DỤNG NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC BÀI TẬP PHẦN PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: 60 14 10 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Loát HÀ NỘI – 2011 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lì chọn đề tài .1 Mục đìch nghiên cứu Lịch sử nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu 8.1 Phương pháp nghiên cứu lì thuyết 8.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Đóng góp đề tài 10 Cấu trúc luận văn Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan trính dạy học 1.1.1 Khái quát chung 1.1.2 Nhiệm vụ trính dạy học 1.2 Cơ sở phương pháp dạy học 1.2.1 Phương pháp dạy học .6 1.2.2 Đổi phương pháp dạy học .8 1.3 Phương pháp dạy học tìch cực 1.3.1 Khái niệm PPDH tìch cực 1.3.2 Các đặc trưng PPDH tìch cực 10 1.4 Những vấn đề lý luận dạy giải BTVL 13 1.4.1 Khái niệm tập vật lì 13 1.4.2 Tác dụng BTVL hoạt động dạy học vật lì 13 1.4.3 Sử dụng BTVL dạy học vật lý 15 1.4.4 Phương pháp giải BTVL 21 1.4.5 Hướng dẫn HS giải BTVL 25 1.5 Vai trò, ý nghĩa công nghệ thông tin dạy học 29 1.5.1 Dạy học theo quan điểm công nghệ thông tin 29 1.5.2 Cơng nghệ thơng tin với vai trị phương tiện, thiết bị dạy học 30 1.6 Cơ sở lý thuyết việc sử dụng mơ hính dạy học 31 1.6.1 Định nghĩa mơ hính 31 1.6.2 Chức mơ hính Vật lý học 32 1.6.3 Các loại mơ hính Vật lý .32 1.6.4 Phương pháp mơ hính nghiên cứu Vật lý giai đoạn 33 1.6.5 Phương pháp mơ hính dạy học Vật lý 35 1.7 Tổng quan phần mềm Matlab 37 1.7.1 1.7.2 Giới thiệu chung 37 Matlab ngôn ngữ lập trính 39 1.7.3 1.7.4 1.7.5 Các đặc điểm chình ngơn ngữ lập trính Matlab 39 Sơ lược GUI 39 Vì dụ mơ hính xây dựng Matlab 41 1.7.6 Ứng dụng Matlab xây dựng mơ hính vật lý học ứng dụng giảng dạy 43 1.8 Thực trạng việc sử dụng phần mềm dạy học dạy học vật lì trường Trung học phổ thông 44 1.8.1 Thực tiễn hoạt động dạy giải BTVL 44 1.8.2 Thực tế việc ứng dụng công nghệ thông tin dạy học vật lý THPT 45 Kết luận chương .49 Chƣơng 2: PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VÀ ỨNG DỤNG MATLAB THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH DẠY BÀI TẬP TRONG PHẦN PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN .50 2.1 Các dạng toán 50 2.2 Cơ sở lý thuyết phóng xạ phản ứng hạt nhân 51 2.2.1 2.2.2 2.2.3 2.2.4 Cấu tạo hạt nhân nguyên tử 51 Sự phóng xạ 51 Phản ứng hạt nhân 53 Mơ hính giải tập 55 Kết luận chương .64 Chƣơng 3: THƢ̣C NGHIỆM SƢ PHẠM 65 3.1 Mục đìch nhiệm vụ TNSP 65 3.2 Đối tượng, thời gian phương thức TNSP 65 3.2.1 Đối tượng TNSP 65 3.2.2 Thời gian thực TNSP 65 3.2.3 Phương thức TNSP 65 3.3 Phân tìch đánh giá kết TNSP 66 3.3.1 Phân tìch định tình diễn biến học trính TNSP 66 3.3.2 Kết TNSP lớp TN ĐC 67 Kết luận chương .77 KẾT LUẬN 79 Kế t quả đa ̣t đươ ̣c của đề tài 79 Đóng góp của đề tài 79 Các học .80 Hạn chế 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 84 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu viết tắt Đọc PPDH Phương pháp dạy học PTDH Phương tiện dạy học GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông NXB Nhà xuất TW Trung ương MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày nay, cách mạng công nghệ thông tin năm cuối kỷ 20 đem lại vô số thành tựu góp phần to lớn phát triển mặt xã hội loài người Hoạt động dạy học với hoạt động khác xã hội tin học hóa mạnh mẽ Điều việc tiến hành xây dựng kết cấu hạ tầng thông tin mà chất nằm thay đổi nội dung, hính thức tổ chức dạy học thay đổi tư người dạy người học tất cấp bậc giáo dục Nghị Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X xác định: " đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa phát triển kinh tế tri thức, đưa nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng đại vào năm 2020 " Muốn phát triển giáo dục, vấn đề cấp thiết có tình chiến lược đổi phương pháp giáo dục Phương pháp giáo dục quy định Luật Giáo dục nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam mục Điều ghi rõ: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động tư sáng tạo người học, bồi dưỡng lực tự học, lòng say mê học tập ý chí vươn lên” Việc phát triển lực tư duy, lực giải vấn đề học sinh trung học phổ thông mục tiêu công đổi PPDH Đây nhiệm vụ khó khăn nội dung dạy học nặng nề chế độ thi cử định hướng mục đìch học tập Học sinh trường Trung học phổ thông ìt có điều kiện để rèn luyện tư khoa học, kỹ thu thập, xử lý thông tin Việc tiếp cận với tin học cách thường xuyên dần hính thành cho học sinh kinh nghiệm thu thập xử lý thơng tin, chừng chưa đủ Vai trò tổ chức hoạt động học tập ứng dụng cơng nghệ tin học địi hỏi người giáo viên phải hiểu sử dụng máy tình phần mềm cách thục Dạy học Vật lý dạy tượng Việc mơ phỏng, mơ hính hóa tượng Vật lý phần mềm giúp học sinh nhận thức tượng cách trực quan Dạy học Vật lý với hỗ trợ mô hính tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời lượng thảo luận giải vấn đề thuộc chất tượng Cùng với phát triển mạnh mẽ mạng xã hội ảo trở nên phổ biến phát triển mạnh mẽ nhiều năm tới Việc tím kiếm, chia sẻ thông tin mạng internet trở nên phổ biến, điều đòi hỏi người giáo viên hệ có hiểu biết sâu máy tình, mạng, kĩ thuật số Trao đổi thông tin cộng đồng mạng xã hội ảo phát triển mạnh mẽ khiến cho lượng thơng tin lồi người tăng lên chóng mặt Việc lựa chọn thơng tin có ìch cho công tác giáo viên quan trọng Với giáo viên giảng dạy mơn Vật lý thí họ cần tiện ìch, phần mềm, tài liệu… môn họ Như vậy, giáo viên cần đến cơng cụ dễ dàng thiết kế, xây dựng mơ hính Vật lý, có cộng đồng phát triển đơng đảo, đồng thời tình tương thìch kế thừa cao Matlab, phần mềm lập trính mạnh với nguồn tư liệu lớn mà hầu hết sinh viên ngành sư phạm Vật lý học giảng đường đại học, phần mềm thỏa mãn đa số yêu cầu Xuất phát từ vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlap dạy học tập phần Phóng xạ phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao” làm đề tài nghiên cứu luận văn mính Mục đích nghiên cứu Sử dụng phần mềm Matlab thiết kế số mơ hính để giúp học sinh hính thành tư logic, giải vấn đề phần Phóng xạ Phản ứng hạt nhân học trường phổ thông Rèn luyện tư phê phán, đối thoại sáng tạo cho học sinh Lịch sử nghiên cứu Trong năm qua có nhiều người ứng dụng phần mềm toán học Matlab vào việc xây dựng mơ hính, phần mềm hỗ trợ việc dạy giải tập vật lý phổ thông trung học chương như: - Dạy học toán dao động sóng sử dụng mơ hình xây dựng phần mềm Matlab (Luận văn thạc sĩ Đinh Đức Chính) - Sử dụng số mơ hình dao động sóng điện từ xây dựng ngơn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương “Dao động sóng điện từ” - vật lí 12 THPT Ban nâng cao.( Luận văn thạc sĩ Trần Thị Thanh Vân) Đối tƣợng nghiên cứu Các dạng tập phần Phóng xạ Phản ứng hạt nhân chương trính Sách giáo khoa Vật lý 12 ban Nâng cao Hoạt động giáo viên học sinh dạy học kiến thức Giả thuyết khoa học Nếu dùng phần mềm Matlab mơ hính hóa số khái niệm bản, tượng mối quan hệ đại lượng phần Phóng xạ Phản ứng hạt nhân mơ hính giúp học sinh nhận thức sâu sắc chất Vật lý vấn đề thí làm cho học sinh tiếp thu kiến thức cách tìch cực, ghi nhớ cách logic vận dụng sáng tạo Việc mơ hính hóa góp phần đẩy mạnh trính đổi phương pháp giảng dạy môn Vật lý trường phổ thông Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu sở lý luận phương pháp mơ hính hóa, tập trung vào mơ hính lý tưởng, mơ hính kì hiệu, đồ thị, hính ảnh, quy luật vận động, biến đổi đối tượng Vật lý Nghiên cứu nội dung dạy học thuộc phần Phóng xạ Phản ứng hạt nhân chương trính Sách giáo khoa Vật lý 12 ban Nâng cao Nghiên cứu phương pháp xây dựng mơ hính phần mềm Matlab Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu phương pháp giảng dạy sử dụng mơ hính thiết kế Matlab Phạm vi nghiên cứu Các kiến thức Phóng xạ Phản ứng hạt nhân chương trính Sách giáo khoa Vật lý 12 ban Nâng cao Các TNSP 04 lớp 12 Phƣơng pháp nghiên cứu 8.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết Nghiên cứu tài liệu ,sách báo liên quan đến đề tài nghiên cứu nhằm xác định sở lý luận đề tài 8.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Điều tra giáo dục : Phỏng vấn gián tiếp phiếu hỏi toạ đàm trực tiếp với đối tượng giáo viên, học sinh thực trạng dạy học vật lý trường phổ thông Quan sát sư phạm: Dự giáo viên vật lý * Thực nghiệm sư phạm Tiến hành dạy số tiết học có sử dụng phần mềm dạy học theo hướng tìch hóa hoạt động nhận thức học sinh; quan sát, kiểm tra đánh giá hoạt động HS học học này, sau so sánh với lớp đối chứng; kết hợp với việc trao đổi ý kiến GV học có sử dụng phần mền nghiệm ảo * Thống kê toán học Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu TNSP, so sánh kết học tập hai nhóm thực nghiệm đối chứng, từ rút nhận xét nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học đề tài Đóng góp đề tài Góp phần làm sáng tỏ vai trị phương pháp mơ hính hóa phần mềm máy tình dạy học Vật lý trường phổ thông Cung cấp hiểu biết phần mềm Matlab ứng dụng Tạo số mơ hính có giá trị thực tiễn 10 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn dự kiến trính bày ba chương: Chương 1: Cơ sở lý luận đề tài Chương 2: Phân tìch số dạng tập ứng dụng Matlab thiết kế số mô hính dạy tập phần phóng xạ phản ứng hạt nhân Chương 3: Thực nghiệm sư phạm ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC DƢƠNG THẾ HIỂN SỬ DỤNG NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC BÀI TẬP PHẦN PHÓNG XẠ VÀ PHẢN ỨNG HẠT NHÂN SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 NÂNG CAO LUẬN... tài: ? ?Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap dạy học tập phần Phóng xạ phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao? ?? làm đề tài nghiên cứu luận văn mính Mục đích nghiên cứu Sử dụng phần mềm Matlab. .. Các dạng tập phần Phóng xạ Phản ứng hạt nhân chương trính Sách giáo khoa Vật lý 12 ban Nâng cao Hoạt động giáo viên học sinh dạy học kiến thức Giả thuyết khoa học Nếu dùng phần mềm Matlab mơ