Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương Sóng ánh sáng vật lý lớp 12 nâng cao

Phần mềm Matlab đã hỗ trợ giáo viên trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, tăng cường tính tích cực của người học, tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăn

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Danh mục viết tắt ii

Danh mục các bảng iii

Danh mục các hình iv

Mục lục v

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6

1.1.Cơ sở về phương pháp dạy học 6

1.1.1.Phương pháp dạy học 6

1.1.2.Thực trạng của việc dạy và học hiện nay 7

1.1.3.Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học 8

1.1.4.Phương pháp dạy học tích cực 9

1.2.Cơ sở lí luận về thiết kế phương án dạy học 12

1.2.1.Cơ sở khoa học để người giáo viên có thể thiết kế phương án dạy học 12

1.2.2.Thiết kế phương án dạy học một bài học bao gồm các bước như sau 13

1.3.Vai trò và ý nghĩa của công nghệ thông tin trong dạy học 21

1.4.Phương pháp mô hình 23

1.4.1.Các chức năng của mô hình 23

1.4.2.Tính chất của mô hình 24

1.4.3.Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí 25

1.4.4 Các giai đoạn của phương pháp mô hình 26

1.4.5.Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí 27

1.5.Một vài nét về phần mềm Matlab 27

1.5.1.Matlab và đặc điểm của Matlab 27

1.5.2.Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab 28

1.5.3.Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lí trong giảng dạy 30

Kết luận chương 1 32

Chương 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 33

2.1.Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao 33

2.2.Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12

nâng cao 35

2.2.1.Tán sắc ánh sáng 35

2.2.2.Nhiễu xạ ánh sáng 36

2.2.3.Giao thoa ánh sáng 37

2.2.4.Máy quang phổ và các loại quang phổ 39

2.2.5.Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X 40

2.2.6.Thuyết điện từ ánh sáng Thang sóng điện từ 42

2.3.Kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 43

2.3.1.Kiến thức 43

2.3.2.Kĩ năng 44

2.4 Một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 44

2.4.1.Mô hình nhiễu xạ ánh sáng 44

2.4.2.Mô hình về giao thoa ánh sáng 48

2.5.Thiết kế một số bài giảng dạy trong chương “Sóng ánh sáng” 49

2.5.1.Bài 36: Nhiễu xạ ánh sáng Giao thoa ánh sáng 49

2.5.2.Bài 37: Khoảng vân Bước sóng và màu sắc ánh sáng (tiết 1) 54

Kết luận chương 2 61

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 62

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 62

3.2.Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 62

3.3.Đối tượng thực nghiệm sư phạm 63

3.4.Thời gian thực nghiệm sư phạm 63

3.5.Phương pháp thực nghiệm sư phạm 63

3.6.Các bước tiến hành thực nghiệm 63

3.7.Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 64

3.7.1.Đánh giá định tính kết quả thực nghiệm 64

3.7.2.Đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm 65

Kết luận chương 3 72

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

PHỤ LỤC 77

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Sơ đồ xác định các nội dung cơ bản cần dạy trong bài 13

Bảng 2.1 Bảng bước sóng của ánh sáng nhìn thấy 39

Bảng 2.2 Bảng thang sóng điện từ 43

Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số đạt được trong bài kiểm tra thực nghiệm 67

Bảng 3.2 Xử lí kết quả để tính các tham số 67

Bảng 3.3 Bảng giá trị các tham số đặc trưng 68

Bảng 3.4 Phân phối tần suất (Wi%) số học sinh đạt điểm Xi 68 Bảng 3.5 Phân phối tần suất (wi%) số học sinh đạt điểm Xi trở xuống 68

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH

Trang

Sơ đồ 1.1 Tiến trình xây dựng kiến thức được mô tả 15

Hình 2.1 Giao diện màn hình chính 44

Hình 2.2 Nhiễu xạ của sóng phẳng đơn sắc qua một khe 44

Hình 2.3 Nhiễu xạ của sóng phẳng đơn sắc qua một khe hẹp vô cùng 45

Hình 2.4 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua hai khe 46

Hình 2.5 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua 3 khe 46

Hình 2.6 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua 4 khe 47

Hình 2.7 Nhiễu xạ của ánh sáng đơn sắc qua vòng nhẫn 47

Hình 2.8 Nhiễu xạ của ánh sáng đơn sắc qua lỗ tròn 48

Hình 2.9 Giao thoa ánh sáng khe I-âng 48

Hình 2.10 Giao diện giải bài tập xác định vị trí vân giao thoa 49

Hình 3.1 Đồ thị phân bố tần suất 69

Hình 3.2 Đồ thị phân bố tần suất tích lũy 69

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Thế kỉ XXI là thế kỉ của sự bùng nổ thông tin và khoa học kĩ thuật, xã hội tri thức phát triển rất nhanh, yêu cầu xã hội đặt ra đối với giáo dục là phải giải quyết nhanh mâu thuẫn giữa tri thức phát triển rất nhanh và thời gian đào tạo có hạn, giáo dục phải đào tạo ra con người mới có năng lực đáp ứng thị trường lao động, có khả năng cạnh tranh quốc tế

Trong những năm gần đây, phong trào đổi mới phương pháp giảng dạy nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục đã diễn ra ở tất cả các cấp, các bộ môn.Sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần không nhỏ trong việc đổi mới phương pháp giảng dạy, đem lại hiệu quả cao cho hoạt động giáo dục Hiện nay trên thị trường cũng như trong các trang mạng cung cấp rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc dạy học như phần mềm Flash, phần mềm Crocodile, phần mềm Mathematical…Trong số những phần mềm được sử dụng hỗ trợ cho việc giảng dạy, phần mềm Matlab hỗ trợ rất hiệu quả cho việc giảng dạy Phần mềm Matlab đã hỗ trợ giáo viên trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, tăng cường tính tích cực của người học, tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng cường thời gian thảo luận và giải quyết các vấn đề bản chất, giải phóng học sinh khỏi những thao tác không cần thiết…

Trong chương trình Vật lý 12 THPT, tôi nhận thấy chương “Sóng ánh sáng” có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật và thực tế đời sống Mặt khác, đây là một chương khó, nhiều kiến thức trong chương được xây dựng từ hiện tượng quan sát được trong thực tế và từ thí nghiệm Có nhiều hiện tượng, nhiều thí nghiệm không phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ra những khó khăn trong việc chiếm lĩnh tri thức của học sinh Hơn nữa, việc tiếp thu kiến thức theo kiểu áp đặt hoặc chấp nhận kiến thức gây ra cảm giác chán nản,

ra những hạn chế cho học sinh trong việc vận dụng những kiến thức này để giải quyết những vấn đề trong thực tế có liên quan và không thể phát triển tư duy ở mức độ cao hơn

Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy

và học ở trường Trung học phổ thông, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật

lí 12 nâng cao” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu thiết kế một số mô hình bằng Matlab để giảng dạy một số bài học trong chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

- Rèn luyện tư duy lôgic, giải quyết vấn đề

3 Lịch sử nghiên cứu

Trong những năm gần đây đã có một số đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab trong dạy học Vật lý THPT như:

- Dạy học bài toán dao động và sóng sử dụng mô hình được xây

dựng bằng phần mềm Matlab (Luận văn Thạc sỹ Đinh Đức Chính)

- Sử dụng một số mô hình dao động và sóng điện từ xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương “ Dao động và sóng điện từ”

– Vật lý 12 THPT ban nâng cao (Luận văn Thạc sỹ Trần Thị Thanh Vân)

- Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap trong dạy học bài tập phần Phóng

xạ và phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc

sỹ Nguyễn Văn Hiền)

4 Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu

- Nội dung một số bài học và bài luyện tập chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao Cụ thể là các bài liên quan đến hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng

- Phần mềm toán học Matlab

- Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy và học các kiến thức về giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng

5 Câu hỏi nghiên cứu

Thiết kế và sử dụng một số mô hình xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab như thế nào để phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh khi giảng dạy chương “Sóng ánh sang” – Vật lý 12 nâng cao?

6 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế và sử dụng được một số mô hình xây dựng bằng phần mềm Matlab trong dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao sẽ phát huy được tính tích cực hoạt động nhận thức của học sinh và nâng cao chất lượng kiến thức

7 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung vào các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động, biến đổi của đối tượng Vật lý

- Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, tập trung vào các bài giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng

- Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử dụng mô hình được thiết kế bằng Matlab

9 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu cơ sở lí luận về tâm lí học, giáo dục học và lí luận dạy học

bộ môn theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn vật lí ởtrường THPT hiện nay nói chung, và của chương “Sóng ánh sáng” nói riêng

Cụ thể là nội dung kiến thức phần giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng Từ đó, xác định chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài tập vật lý mà học sinh cần phải tiếp thu được

Nghiên cứu phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế, mô phỏng các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng phục vụ quá trình dạy học

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các trường THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của luận văn, cụ thể là làm nổi bật vai trò của việc sử dụng các mô hình trong việc nâng cao nhận thức của học sinh THPT trong các giờ học vật lí

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

- Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định để đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

11 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễncủa đề tài

Chương 2: Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” và ứng dụng phần mềm Matlab xây dựng một số mô hình dạy học

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

- Phương pháp dạy học là cách thức tiến hành các hoạt động của người dạy và người học nhằm thực hiện nội dung dạy học đã được xác định

Từ những quan niệm trên về phương pháp dạy học, ta có thể hiểu phương pháp dạy học theo nghĩa chung nhất là những cách thức tiến hành hoạt động dạy học Áp dụng vào quá trình dạy học hiện đại có thể nói phương pháp dạy học là hệ thống những hành động có chủ đích theo một trình tự nhất định của giáo viên, nhằm tổ chức hoạt động nhận thức và hoạt động thực hành của học sinh nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nội dung dạy học và thực hiện mục đích dạy học Phương pháp dạy học là tổng hợp các cách thức hoạt động phối hơp của giáo viên - học sinh được thực hiện trong quá trình dạy học Trong đó, cách thức hoạt động của giáo viên đóng vai trò chủ đạo, cách thức hoạt động của học sinh đóng vai trò chủ động nhằm thực hiện tốt mục đích và nhiệm vụ dạy học

Mỗi phương pháp dạy học bao gồm các yếu tố [5]:

 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

1.1.2 Thực trạng của việc dạy và học hiện nay

Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ sáng tạo, thế kỉ

đã đặt ra rất nhiều thách thức và yêu cầu đối với ngành giáo dục và đào tạo Giáo dục và đào tạo phải đảm bảo được sự phát triển năng lực sáng tạo của học sinh, phải bồi dưỡng tư duy khoa học, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực tìm tòi chiếm lĩnh tri thức,… để thích ứng với thực tiễn cuộc sống, với sự phát triển của nền kinh tế tri thức Xu hướng đổi mới này đòi hỏi phải phân tích rõ những nhược điểm hạn chế của thực trạng dạy học hiện nay và đưa ra những giải pháp cơ bản để khắc phục những hạn chế đó

Dạy học theo kiểu truyền thống cũ, giáo viên chủ yếu quan tâm đến sự trình bày, giảng giải về các kiến thức cần dạy cho học sinh sao cho đảm bảo nội dung chính xác, sâu sắc, đầy đủ.Việc dạy học như vậy chưa phải là sự xác định một cách cụ thể học sinh cần đạt những kĩ năng gì trong hoặc sau khi học và bằng cách nào đảm bảo cho những học sinh đạt những kĩ năng đó.Đây

là một nhược điểm cơ bản của kiểu dạy học cũ, nó hạn chế chất lượng và hiệu quả dạy học

Trong mấy thập kỉ qua, để khắc phục nhược điểm của kiểu dạy học cũ, trên thế giới đã hình thành nhiều quan niệm và kiểu dạy học mà trung tâm chú

ý là những kĩ năng và hành vi mà người học cần thể hiện ra trong hoặc sau khi học Việc dạy học theo những quan điểm này đòi hỏi giáo viên phải trả lời các câu hỏi sau[13]:

- Dạy cái gì?

- Người học phải biết gì hoặc biết làm gì trong và sau khi học?

- Cần dạy như thế nào?

Thực tế dạy học ở trường phổ thông của chúng ta hiện nay vẫn mang nặng tính chất độc thoại, thông báo, giảng giải, áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước của sự dạy và tính chất thụ động theo dõi, chấp nhận ghi nhớ, thừa hành, bắt chước của sự học Kiểu dạy học này chưa khích lệ được tính tích cực, chủ động tìm tòi sáng tạo của học sinh trong quá trình chiếm lĩnh tri thức

1.1.3 Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học

Đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa hiện đại hóa đòi hỏi ngành giáo dục và đào tạo phải có những đổi mới căn bản mạnh mẽ vươn tới ngang tầm với sự phát triển chung của thế giới và khu vực Sự nghiệp giáo dục và đào tạo phải góp phần quyết định vào việc bồi dưỡng tri thức khoa học, năng lực sáng tạo cho thế hệ trẻ.Chính vì vậy mà một trong những yêu cầu cấp bách hiện nay là đổi mới phương pháp dạy học

Định hướng đổi mới phương pháp dạy học của ngành giáo dục đã được đưa ra trong Nghị quyết Trung ương 4 Khóa VII (tháng 01/1993), nghị quyết trung ương 2 khóa VIII (tháng 12/1986) và được thể chế trong Luật giáo dục (tháng 12/1998) Khoản 2 điều 27 Luật giáo dục (2005) 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, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện

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”

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 độc lập, làm việc theo nhóm, có khả năng hoạch định và giải quyết vấn đề,… Do đó, nét đặc trưng của hoạt động dạy là: tổ chức tình huống học tập, kiểm tra định hướng hành động học độc lập tự chủ, sáng tạo, trao đổi, tranh luận của học sinh… Nét đặc trưng của hoạt động học là ý thức được vấn đề hay nhiệm vụ cần phải giải quyết, độc

lập suy nghĩ kết hợp với ghi nhận thông báo có kiểm tra phê phán để xác định giải pháp, tự chủ hành động giải quyết nhiệm vụ học, …[13]

Việc đổi mới dạy học như vậy đã chuyển từ vị trí tôi học thuộc, tôi làm mẫu sang vị trí tôi tự hỏi, tôi tự tìm tòi giải quyết vấn đề

1.1.4 Phương pháp dạy học tích cực

1.1.4.1 Tính tích cực học tập

Tính tích cực là một phẩm chất vốn có của con người.Bởi vì, để tồn tại

và phát triển con người luôn phải chủ động, tích cực cải biến môi trường tự nhiên, cải tạo xã hội Do đó, việc hình thành và phát triển tính tích cực xã hội

là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của giáo dục

Tính tích cực học tập là tích tích cực nhận thức.Nó đặc trưng ở khát vọng hiểu biết, cố gắng trí lực và có nghị lực cao trong quá trình chiếm lĩnh tri thức.Tính tích cực nhận thức trong hoạt động học tập liên quan trước hết với động cơ học tập.Động cơ học tập đúng sẽ tạo ra hứng thú và hứng thú là tiền đề của tự giác.Trong học tập, hứng thú và tự giác là hai yếu tố chính tạo nên tính tích cực trong học tập Tính tích cực sản sinh nếp tư duy độc lập và suy nghĩ độc lập là mầm mống của sự sáng tạo [10]

Tính tích cực học tập biểu hiện ở những dấu hiệu như: hăng hái trả lời các câu hỏi của giáo viên, bổ sung các câu trả lời của bạn, thích phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề được nêu ra; hay thắc mắc, đòi hỏi phải được giải thích cặn kẽ những vấn đề chưa đủ rõ, chủ động vận dụng kiến thức, kĩ năng vào vấn đề mới, có khả năng tập trung cao vào vấn đề đang học, không chán nản trước những tình huống khó khăn, luôn tìm cách khắc phục khó khăn để giải quyết vấn đề [10]

1.1.4.2 Phương pháp dạy học tích cực

Hiện nay có rất nhiều cách hiểu về phương pháp dạy học tích cực Chúng ta có thể kể đến những cách hiểu sau [15]:

- Phương pháp dạy học tích cực là những phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh; hướng tới việc hoạt động hóa, tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

- Phương pháp dạy học tích cực là phương pháp khơi dậy, phát huy tính chủ động, sáng tạo và tích cực của người dạy và người học trong đó lấy người học làm trung tâm trên cơ sở phát huy vai trò định hướng, tổ chức của người dạy; vai trò thực hiện “thi công” của người học và sức mạnh của các phương tiện kĩ thuật hiện đại nhằm chinh phục chân lý trên cả ba phương diện: kiến thức, kĩ năng, thái độ Người học không thụ động chờ đợi mà tự lực, tích cực tham gia vào quá trình tìm kiếm, khám phá, phát hiện kiến thức, vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề trong thực tiễn, qua đó lĩnh hội nội dung kiến thức học tập và phát triển năng lực sáng tạo

- Phương pháp dạy học tích cực không phải là một phương pháp dạy học cụ thể mà là một khái niệm bao gồm nhiều phương pháp, nhiều hình thức, nhiều kĩ thuật cụ thể khác nhau nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức, tăng cường sự tham gia của người học, tạo điều kiện cho người học phát triển tối

đa khả năng học tập, năng lực sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề

Qua những cách hiểu trên, ta có thể hiểu phương pháp dạy học tích cực

là phương pháp khơi dậy, phát huy tính chủ động, tích cực của cả người dạy

và người học nhằm trau dồi tư duy sáng tạo và rèn luyện trí thông minh trong quá trình chinh phục chân lí; là sự dạy và học mà trong đó người dạy đóng vai trò là người tổ chức định hướng, tạo điều kiện và người học là người thực hiện

1.1.4.3 Đặc trưng của phương pháp dạy học tích cực

Dạy học tích cực hướng tới tính tích cực, chủ động sáng tạo của học sinh và vai trò tổ chức hướng dẫn, tạo điều kiện của người thày Do đó, dạy học tích cực có những đặc trưng cơ bản sau [12]:

Thứ nhất, dạy và học thông qua tổ chức các hoạt động học tập của học sinh Người học – đối tượng của hoạt động “dạy” đồng thời cũng là chủ thể

của hoạt động “học” – được cuốn hút vào các hoạt động học tập do giáo viên chỉ đạo, tổ chức Người học được đặt vào các tình huống có vần đề, được trực tiếp quan sát, thảo luận trao đổi, làm thí nghiệm, được khuyến khích đưa ra các giải pháp giải quyết vấn đề theo cách của mình.Thông qua những hành động đó, người học tự lực khám phá những điều mình chưa rõ Người học không những chiếm lĩnh những kiến thức, kĩ năng mới mà còn làm chủ cách xây dựng kiến thức đó và phát huy tiềm năng sáng tạo

Thứ hai, dạy và học chú trọng rèn luyện phương pháp tự học.Phương pháp dạy học tích cực xem việc rèn luyện phương pháp học tập cho học sinh

là một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học và là một mục tiêu dạy học Thế giới bước vào kỉ nguyên khoa học công nghệ: lượng thông tin, khoa học kĩ thuật, công nghệ phát triển như vũ bão nên không thể nhồi nhét vào đầu học sinh khối lượng kiến thức ngày càng nhiều đó Mặt khác, thời gian học tập trong nhà trường lại có hạn, do đó, việc rèn luyện cho học sinh phương pháp học càng phải được chú trọng hơn Trong các phương pháp học thì phương pháp tự học là phương pháp cốt lõi Nếu người học có được phương pháp, kĩ năng, thói quen và ý chí tự học thì sẽ tạo cho họ lòng say mê học tập, khơi dạy nội lực vốn có trong mỗi con người, kết quả học tập sẽ không ngừng được cải thiện

Thứ ba, dạy học tích cực tăng cường học tập cá thể với học tập hợp tác

Tư duy của người học ở cùng một lứa tuổi hay trong cùng một lớp học không đồng đều, do đó, người dạy phải biết chấp nhận sự phân hóa về trình độ nhận thức, cường độ và tiến độ hoàn thành nhiệm vụ được giao của người học Trên cơ sở đó, người dạy thiết kế thành chuỗi các công việc độc lập trong nhiệm vụ bài học, phân loại mức độ bài tập phù hợp với khả năng của mỗi cá nhân nhằm phát huy tối đa khả năng của người học Tuy nhiên trong học tập, không phải mọi tri thức, kĩ năng, thái độ đều được hình thành thông qua hoạt động của từng cá nhân mà còn có những tri thức, kĩ năng, thái độ được hình

thành thông qua hoạt động của tập thể Vì vậy, trong quá trình học tập người dạy phải chú ý đến quan hệ thày với trò, trò với trò và cần tạo mối quan hệ hợp tác giữa các cá nhân trên con đường chiếm lĩnh tri thức.Trong mối quan

hệ hợp tác đó, người học không những học được qua thầy mà còn học được những kiến thức, kĩ năng qua bạn.Trong nhà trường phổ thông, phương pháp học tập hợp tác thường được tổ chức ở cấp nhóm, tổ, lớp hoặc trường và được

sử dụng phổ biến trong dạy học là các nhóm nhỏ từ 4 – 6 người Việc học tập theo nhóm đạt hiệu quả cao khi phải giải quyết những vấn đề gay cấn cần sự phối hợp giữa các cá nhân để hoàn thành nhiệm vụ chung Trong hoạt động theo nhóm tính cách, năng lực của mỗi thành viên được bộc lộ, uốn nắn, tình bạn, ý thức tổ chức, tinh thần tương trợ sẽ được phát triển, nâng cao

Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò.Việc đánh giá học sinh không chỉ nhằm mục đích nhận định thực trạng và điều chỉnh hoạt động của trò mà còn đồng thời tạo ra điều kiện nhất định để người dạy điều chỉnh hoạt động dạy của mình.Trước đây, việc đánh giá học sinh là độc quyền của người giáo viên, nhưng trong dạy học tích cực, giáo viên cần phải hướng dẫn học sinh phát triển kĩ năng tự đánh giá, tự điều chỉnh cách học Do đó, học sinh có thể tham gia vào quá trình đánh giá Học sinh có thể tham gia đánh giá lẫn nhau, có thể tự đánh giá bản thân và có thể tự động xem xét lại quá trình kết quả học tập của mình, tự điều chỉnh cách học, tự lập

kế hoạch để nâng cao kết quả học tập

1.2 Cơ sở lí luận về thiết kế phương án dạy học

1.2.1 Cơ sở khoa học để người giáo viên có thể thiết kế phương án dạy học

 Sự hiểu kiến thức khoa học Vật lí và yêu cầu chương trình Vật lí phổ thông

 Hiểu cấu trúc nội dung kiến thức Vật lí trong sách giáo khoa

 Điều kiện cơ sở vật chất và thời gian cụ thể giành cho việc dạy học kiến thức Vật lí đó

 Trình độ phát triển và đặc điểm cụ thể của học sinh lớp đó

Khi thiết kế phương án dạy học người giáo viên cần suy nghĩ và trả lời các câu hỏi:

 Cần cho học sinh lĩnh hội kiến thức gì? Rèn luyện kĩ năng nào?

 Con đường dẫn tới sự chiếm lĩnh được kiến thức, kĩ năng đó như thế nào? Phải chỉ đạo hoạt động gì của học sinh và chỉ đạo như thế nào để đảm cho học sinh chiếm lĩnh được kiến thức, kĩ năng đó một cách sâu sắc, vững chắc?

 Kết quả sau khi học mà học sinh cần thể hiện ra được là gì?

1.2.2 Thiết kế phương án dạy học một bài học bao gồm các bước như sau

1.2.2.1 Xác định các yếu tố cơ bản của nội dung kiến thức cần dạy trong bài

Việc phân tích cấu trúc nội dung kiến thức cần dạy đòi hỏi trả lời được các câu hỏi:

 Kiến thức cần dạy bao gồm những nội dung nào? Diễn đạt chính xác, ngắn gọn nội dung kiến thức đó?

 Trình tự logic của các thành tố nội dung kiến thức đó như thế nào?

 Theo quan điểm lí luận dạy học, kiến thức đó thuộc loại nào? (Hiện tượng vật lí, Định luật vật lí, Đại lượng vật lí, Thuyết vật lí, Ứng dụng

kĩ thuật của vật lí)

 Cần bổ sung vào nội dung kiến thức đã trình bày ở sách giáo khoa những tư liệu thức tế địa phương, những thông tin khoa học hiện đại nào?

Bảng 1.1: Sơ đồ xác định các nội dung cơ bản cần dạy trong bài

Nội dung kiến thức chính xác, ngắn gọn

Câu hỏi/

Vấn đề

Loại nội dung kiến thức theo quan điểm lí luận dạy học

Thông tin kiến thức

bổ sung Nội dung 1

…………

1.2.2.2 Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức

Việc lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức đòi hỏi trả lời các câu hỏi:

 Trong các thành tố tạo nội dung kiến thức đã xác định, nội dung kiến thức nào có thể xây dựng được khi dạy học, nội dung kiến thức nào chỉ cần thông báo?

 Trong khoa học vật lí, nội dung kiến thức được xây dựng theo những con đường như thế nào?

 Trong điều kiện dạy học cụ thể, lựa chọn con đường xây dựng kiến thức thế nào?

Sơ đồ 1.1 Tiến trình xây dựng kiến thức đƣợc mô tả

Điều kiện xuất phát

(có thể là một hiện tượng vật lí, một lí thuyết vật lí hay một thí nghiệm trong

1.2.2.3 Xác định mục tiêu dạy học

- Tầm quan trọng của mục tiêu dạy học

Việc xác định mục tiêu dạy học giúp giáo viên:

 Có được phương hướng, tiêu chí để quyết định về nội dung, phương pháp và phương tiện dạy học

 Có được ý tưởng rõ rang về cái cần kiểm tra đánh giá khi kết thúc mỗi môn học, học phần hay trong quá trình giảng dạy từng kiến thức cụ thể

 Thông báo cho người học biết những cái mong đợi ở đầu ra của sự học

là gì?

 Có được ý tưởng rõ rang về các kiến thức, kĩ năng, thái độ cần có của học sinh

- Mục tiêu dạy học cần được trình bày theo 5 tiêu chuẩn:

 Cụ thể (chỉ rõ cái cần đạt được, tránh chung chung mơ hồ)

 Có thể đo được (lượng hóa được)

 Phù hợp (hướng tới và phục vụ mục đích cần phấn đấu)

 Thực tế (có khả năng thực hiện được)

 Có thời hạn (thực hiện hoàn thành trong một thời gian xác định)

- Mục tiêu dạy học cần nêu rõ ba lĩnh vực:

bổ ngữ làm rõ nghĩa cho động từ ấy

1.2.2.4 Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học

Có rất nhiều hình thức tổ chức dạy học.Hình thức tổ chức dạy học phổ biến ở nước ta hiện nay là “Bài lên lớp” có một số nơi quan tâm đến “Tổ chức hoạt động ngoại khóa”, gần đây công nghệ thông tin phát triển rất mạnh,

nó góp phần đáng kể vào việc đổi mới các hình thức tổ chức dạy học Ngày 2/11/2005, Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo chính thức khai trương cổng thông tin giáo dục điện tử E-Learning “http//el.edu.net.vn” do Bộ Giáo dục và Đào tạo hợp tác với công ty HP Việt Nam xây dựng Từ đó đến nay rất nhiều các công trình nghiên cứu xây dựng các lớp học trực tuyến, các thư viện Vật lí điện tử giúp cho người học có cơ hội và điều kiện học tập, giúp các giáo viên

Vật lí có thêm nhiều nguồn tài liệu tham khảo

Việc lựa chọn hình thức tổ chức dạy học cần đảm bảo các yêu cầu:

 Đáp ứng được mục tiêu dạy học

 Đảm bảo được sự phát triển tính tích cực tự chủ và bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

 Đảm bảo tính thực tiễn, khả thi trong hoàn cảnh dạy học cụ thể

Khi lựa chọn hình thức dạy học, đòi hỏi trả lời những câu hỏi sau:

 Để học sinh ghi nhận được kiến thức và có khả năng tái tạo kiến thức thì có những hình thức tổ chức dạy học nào và lựa chọn hình thức dạy học nào tốt nhất?

 Để học sinh tự chủ xây dựng kiến thức thì có những hình thức tổ chức dạy học nào và chọn hình thức tổ chức dạy học nào tốt nhất?

 Để học sinh không những phát huy được tính tích cực xây dựng kiến thức mà còn rèn các kĩ năng về thí nghiệm Vật lí thì có những hình thức tổ chức dạy học nào và chọn hình thức dạy học nào tốt nhất?

 Để học sinh không những phát huy được tính tích cực, tự chủ xây dựng kiến thức mà còn rèn được các kĩ năng ứng dụng vật lí vào kĩ thuật và

đáp ứng một nhu cầu nào đó của thực tế thí có những hình thức tổ chức dạy học nào và chọn hình thức dạy học nào tốt nhất?

 Để học sinh không những tự chủ, tích cực xây dựng kiến thức mà còn rèn được kĩ năng giao tiếp, kĩ năng trình bày, tranh luận, bảo vệ ý kiến

và kĩ năng hợp tác thì có những hình thức tổ chức dạy học nào và chọn hình thức dạy học nào tốt nhất?

 Trong những hình thức tổ chức dạy học đã lựa chọn đáp ứng yêu cầu về mục tiêu dạy học nói trên, hình thức dạy học nào phù hợp với điều kiện dạy học hiện tại? Có khả năng tạo ra các phương tiện dạy học để lựa chọn hình thức tốt hơn không? Có thể tổ chức lại nội dung học tập không?

1.2.2.5 Lựa chọn phương pháp dạy học

Trong một bài dạy, không bao giờ chỉ dùng một phương pháp.Như vậy, vấn đề đặt ra là phải phối hợp các phương pháp như thế nào?Vấn đề phối hợp phải bắt đầu từ sự phân tích nội dung Nội dung kiến thức vật lí rất đa dạng

mà mỗi phương pháp chỉ giải quyết được một nội dung nhận thức nào đó Tuy nhiên, bao giờ cũng có một phương pháp chủ đạo, các phương pháp khác chỉ

là hỗ trợ cho phương pháp chủ đạo này Vấn đề lựa chọn phương pháp chủ đạo và sự phối hợp các phương pháp trong một bài lên lớp còn phụ thuộc nhiều vào trình độ kiến thức, khả năng nhận thức, thái độ học tập, mức độ phát triển, khả năng làm việc của học sinh

Để lựa chọn phương pháp dạy học tương ứng với mỗi nội dung kiến thức vật lí đòi hỏi trả lời được các câu hỏi sau:

 Mục tiêu dạy học đặt ra thế nào?

 Trong tiến trình xây dựng kiến thức, học sinh có thể tham gia hoặc

tự lực chiếm lĩnh kiến thức ở chỗ nào?

 Có những phương tiện hỗ trợ dạy học nào?

 Thời gian cho phép dạy học nội dung kiến thức đó là bao lâu?

 Hình thức tổ chức dạy học được lựa chọn thế nào?

1.2.2.6 Chuẩn bị cho bài giảng

- Chuẩn bị của giáo viên

Căn cứ vào hình thức tổ chức dạy học đã lựa chọn để chuẩn bị về các mặt:

 Phương tiện dạy học

 Thí nghiệm: Lựa chọn cách thức sử dụng thí nghiệm trong tiến trình dạy học, tiến hành làm thí nghiệm nhiều lần để đảm bảo sự thành công, chuẩn bị số bộ thí nghiệm cần thiết

 Nội dung yêu cầu học sinh ôn tập để phục vụ bài mới

 Các phiếu học tập

- Chuẩn bị của học sinh:

 Ôn tập các kiến thức có liên quan mà giáo viên đã giao nhiệm vụ

 Chuẩn bị các phương tiện học tập theo yêu cầu của giáo viên

1.2.2.7 Tổ chức hoạt động dạy học

Việc xác định tổ chức hoạt động dạy học cụ thể tương ứng với từng yếu

tố nội dung kiến thức vật lí cần dạy dựa trên cơ sở mục tiêu dạy học, hình thức tổ chức dạy học đã xác định Thực chất của tiến trình dạy học là kịch bản trong đó thể hiện rõ hoạt động định hướng của giáo viên, hoạt động học tập của học sinh và kết quả học sinh thu được về kiến thức vật lí, kĩ năng vật lí, khả năng phát triển tư duy, năng lực sáng tạo, sự yêu thích vật lí…

Trong khuôn khổ một luận văn, tác giả xin giới thiệu một mẫu tiến trình dạy học với hình thức tổ chức “bài lên lớp”, sử dụng phương pháp chủ đạo là phương pháp phát hiện và giải quyết vấn đề

Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh

Tạo tình huống học tập Xử lí tình huống, phát hiện vấn đề

học tập

Tổ chức và hướng dẫn học sinh tìm

giải pháp để giải quyết vấn đề

- Gợi ý để học sinh tìm mối liên hệ

giữa vấn đề học tập với các kiến

thức cũ liên quan

- Phân tích các giải pháp của học

sinh đề xuất để lựa chọn giải pháp

khả thi

Tiếp nhận nhiệm vụ, làm việc cá nhân hoặc hoạt động nhóm

- Xem xét vấn đề học tập được giải quyết thế nào?

Tổ chức hướng dẫn học sinh thực hiện

giải pháp

- Tùy theo loại nội dung kiến thức

vật lí (theo quan điểm lí luận dạy

học) để xác định con đường thực

hiện giải pháp

- Xây dựng bộ câu hỏi định hướng

hướng dẫn học sinh hoạt động

- Những hoạt động thường diễn ra

là:

- Đề nghị học sinh thực hiên hoạt

Tiếp nhận nhiệm vụ, làm việc cá nhân hoặc hoạt động nhóm

- Phát hiện hoặc tiếp nhận con đường thực hiện giải pháp

- Trả lời bộ câu hỏi định hướng của giáo viên

- Những hoạt động học tập thường diễn ra là:

 Làm việc với phiếu học tập

 Nhắc lại kiến thức cũ có liên quan

động theo chiến lược đã đề ra

thông qua phiếu học tập

- Giảng giải, hướng dẫn thảo luận

- Giới thiệu, hướng dẫn đọc SGK

- Trình chiếu hiện tượng tự nhiên

được mô phỏng hoặc làm thí

nghiệm biểu diễn

- Giới thiệu, hướng dẫn các nhóm

học sinh làm thí nghiệm

- Hướng dẫn học sinh rút ra nhận

xét, kết luận từ thông tin thu được

- Đánh giá nhận xét hay kết luận

của học sinh

 Nghe giảng, nghe bạn phát biểu ý kiến

 Đọc, tìm hiểu một số vấn đề trong SGK

 Quan sát hiện tượng tự nhiên (qua mô phỏng) hoặc làm thí nghiệm biểu diễn của giáo viên

 Làm thí nghiệm trực diện

 Xử lí thông tin thu thập được

từ thí nghiệm, từ sự cung cấp của giáo viên hoăc bảng số liệu ở SGK

 Trình bày ý kiến nhận xét hay kết luận

Thể chế hóa kiến thức Ghi nhận kiến thức

Nội dung kiến thức xây dựng đƣợc

Tổ chức tổng kết bài học

- Làm rõ mối quan hệ giữa các đơn vị

kiến thức trong bài

- Giao câu hỏi hoặc bài tập vận dụng

Làm việc cá nhân hoặc nhóm

- Ghi nhớ

- Làm bài tập vận dụng

1.3 Vai trò và ý nghĩa của công nghệ thông tin trong dạy học

Trong những năm gần đây, chúng ta chú trọng đến việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học như là một hướng đổi mới phương pháp dạy học góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của quá trình dạy học

Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học đã thực sự trao quyền chủ động học tập cho học sinh và làm thay đổi vai trò của người thày trong dạy học.Người thày đóng vai trò là nhà điều phối hướng dẫn học sinh hoàn thành nhiệm vụ.Người học chủ động tìm tòi chiếm lĩnh tri thức tốt hơn với sự giúp

đỡ của máy vi tính và mạng internet Với các chương trình dạy học đa môi trường và được chuẩn bị chu đáo có thể truy cập được nhờ các phương tiện siêu môi trường giúp cho việc tự học của học sinh trở nên thuận tiện và dễ dàng hơn bao giờ hết

Trong dạy học Vật lí, bên cạnh các ứng dụng thường thấy trong các môn học khác như học, ôn tập bằng máy, kiểm tra, đánh giá bằng máy, xử lí

và tính toán các kết quả bằng máy… thì máy vi tính còn được ứng dụng chủ yếu trong các lĩnh vực quan trọng như:

 Mô phỏng các đối tượng vật lí cần nghiên cứu

 Hỗ trợ trong việc xây dựng các mô hình

 Hỗ trợ các thí nghiệm vật lí

 Hỗ trợ cho việc phân tích băng Video ghi các quá trình vật lí thực Đối với ngành Vật lí, ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học là một bước chuyển trong quá trình đổi mới nội dung và phương pháp dạy học.Công nghệ thông tin đã và sẽ hỗ trợ đắc lực cho việc xây dựng kiến thức mới; tạo môi trường để khám phá kiến thức nhằm hỗ trợ cho quá trình học tập thông qua thực hành, qua cộng đồng và qua phản ánh; giúp cho việc đánh giá định tính và định lượng vật lí chính xác, công bằng hơn

Ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy, người giáo viên sẽ xây dựng bài học một cách sinh động, thu hút được sự chú ý của học sinh, làm cho người học thấy hứng thú hơn, giờ học trở nên sôi động hơn; người học tiếp thu bài nhanh hơn và có cảm giác như tự mình đang tìm ra những điều mới lạ ở thế giới xung quanh bản thân mình.Qua đó giúp cho học sinh thật sự tích cực chủ động học tập

1.4 Phương pháp mô hình

Một hiện tượng vật lí xảy ra trong thực tế thường có rất nhiều yếu tố không bản chất và nếu chúng ta gom tất cả các yếu tố đó để giải quyết thì sự phân tích đưa đến những phức tạp vô vọng.Để lí tưởng hóa hệ thống, chúng ta phải bỏ qua các yếu tố nhỏ và tập trung vào các đặc điểm quan trọng nhất của

hệ thống.Chúng ta đánh giá và tạo mô hình với các vấn đề thông thường đủ để kiểm soát được, giữ lấy các đặc điểm thiết yếu [4]

Khái niệm mô hình lí tưởng rất quan trọng với tất cả khoa học vật lí cũng như công nghệ.Khi chúng ta áp dụng các nguyên lí của vật lí vào một hệ thống hoàn chỉnh, chúng ta luôn sử dụng các mô hình lí tưởng, chúng ta phải nhận ra các giả định mà chúng ta đang thực hiện

Như vậy, mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống.Đó là sự 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.Tuy nhiên, giữa mô hình và đối tượng vật chất có sự khác biệt nhau.Mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất.Cùng một đối tượng vật chất có thể có nhiều

mô hình khác nhau.Mô hình không đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh

1.4.1 Các chức năng của mô hình

Trong dạy học vật lí mô hình có các chức năng sau:

 Mô tả sự vật hiện tượng

 Giải thích các tính chất, hiện tượng có liên quan đến đối tượng

 Tiên đoán các tính chất và các hiện tượng mới

Mô hình vật lí có tính trực quan, đơn giản, tương tự như vật gốc, phản ánh một vài thuộc tính cơ bản trong điều kiện lí tưởng Nếu sử dụng mô hình trong quá trình dạy học vật lí, người dạy có thể làm cho người học nhận thức một cách trực quan và tích cực hơn dựa trên quá trình tương tác để nhận biết

mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tượng hay quy luật vận động của sự vật, hiện tượng đó

1.4.2 Tính chất của mô hình

Vật lí học là ngành khoa học nghiên cứu những dạng vận động đơn giản nhất của các dạng vật chất và tương tác giữa các dạng vật chất đó vì các dạng vật chất chuyển động và tương tác lại tồn tại trong hệ vật chất bất kì nên Vật lí học là cơ sở của khoa học tự nhiên

Với tư cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính của đối tượng yêu cầu một mô hình có những tính chất sau:

- Tính chất 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 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 hóa, khái quát hóa Những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa, chỉ giữ lại những thuộc tính và những mối liên hệ bản chất 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 hóa 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 hóa những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được như: quy luật chuyển động được biểu diễn bằng đồ thị vận tốc; lực hút, lực đẩy giữa các phần tử được biểu hiện trên mô hình bẵng các gạch nối đậm hay mảnh Tính trực quan còn được mở rộng trong những 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 các giác quan được như mô hình chiếu vật chuyển động tròn đều trên đường thẳng nằm trong mặt phẳng quỹ đạo so sánh với vật dao động điều hòa

- 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 dùng vật 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 lí tưởng: một mô hình phải xuất phát từ thực tế, phản ánh thực tiễn Nhưng khi mô hình hóa một vật, một mối quan hệ nào đó, ta thực hiện trừu tượng hóa, khái quát hóa, phản ánh các đặc tính của vật thể, loại bỏ các nhiễu trong nhận thức, tức là mô hình có tính lí tưởng

Không có mô hình nào giống hệt thực tiễn bởi nếu mô hình giống thực tiễn khách quan, nó không còn tính cách là một vật đại diện, thay thế nữa và thực tế cũng không thể làm được điều đó Tính lí 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 lí 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

1.4.3 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí

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

động cơ bản về mặt hình học, vật lí 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 lí tưởng hay mô hình lí thuyết là những mô hình trừu tượng trên đó về nguyên tắc người ta chỉ áp dụng những thao tác tư duy lí thuyết

khác nhau bao gồm: mô hình kí hiệu (công thức toán, mô hình đồ thị, mô hình logic toán, ); mô hình biểu tượng – là dạng trừu tượng nhất của mô hình lí tưởng, những mô hình trừu tượng không tồn tại trong không gian, trong thực

tế mà chỉ có trong tư duy của ta

Cơ sở lí thuyết của phương pháp mô hình là lí thuyết tương tự [4]: 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 lí khoa học khi chúng được kiểm tra và xác nhận bằng thực nghiệm

1.4.4 Các giai đoạn của phương pháp mô hình

Trong vật lí, phương pháp mô hình nói chung có bốn giai đoạn sau: Giai đoạn 1: Nghiên cứu những tính chất gốc của đối tượng 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 Người ta xây dựng một mô hình sơ bộ, chưa đầy đủ Mô hình này chỉ mới có trong óc người nghiên cứu Trong giai đoạn này, trí tưởng tượng và trực giác giữ một vai trò hết sức quan trọng Nó giúp người nghiên cứu rút ra những thuộc tính căn bản, những mối quan hệ cần thiết để tạo ra hình mẫu trong tư duy Người ta thường đối chiếu mô hình trong tư duy với những vật, những hiện tượng mà người ta quen biết

Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả lí thuyết Người ta áp dụng các phương pháp lí thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau tác động lên mô hình và thu được kết quả và các thông tin mới

Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra Thực tiễn là tiêu chuẩn để kiểm nghiệm những sản phẩm của tư duy Bản thân mô hình là một sản phẩm của nhận thức nên cần phải kiểm tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu được từ mô hình với những kết quả thu được từ đối tượng gốc Những

mô hình đã được kiểm nghiệm trong thực tế là những mô hình phản ánh một

số mặt của thực tế khách quan Nó có thể bị thay đổi, hoàn chỉnh thêm hoặc bị

bác bỏ khi người ta thêm những thông tin chính xác hơn về đối tượng

1.4.5 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

Trong nghiên cứu vật lí, mô hình và phương pháp mô hình có chức năng nhận thức, nó giúp ta phát hiện những đặc tính mới, hiện tượng mới, quy luật mới.Nếu xem xét quá trình học tập của học sinh dưới góc độ một hoạt động nhận thức thì mô hình cũng có chức năng như trong nghiên cứu vật lí

Trong khi dạy học, nhiều học sinh không đủ khả năng xây dựng mô hình để thay thế vật gốc nhưng giáo viên có thể sử dụng mô hình để thay thế với mục đích sư phạm như một phương tiện trực quan nhằm làm cho học sinh hiểu rõ một vấn đề nào đó Mô hình vật chất có tác dụng rất quan trọng trong dạy học vật lí vì nó có thể giúp học sinh hiểu được những hiện tượng không quan sát trực tiếp được Các mô hình lí tưởng tuy rất có tác dụng trong hoạt động nhận thức nhưng nhiều khi đòi hỏi ở học sinh một tư duy trừu tượng cao, một cơ sở thực nghiệm phong phú và kinh nghiệm bản thân dồi dào mới

có thể xây dựng được các mô hình.Thông thường thí học sinh không thể làm được việc này, tính tự lực của học sinh bị hạn chế

1.5 Một vài nét về phần mềm Matlab

1.5.1 Matlab và đặc điểm của Matlab

Matlab là sản phẩm của công ty phần mềm MathWorks của Hoa Kỳ, có thể chạy được dưới nhiều hệ điều hành, trên nhiều loại máy tính, từ các máy

vi tính đến các siêu máy tính Đây là phần mềm để giải các bài toán khoa học,

kỹ thuật, kinh tế và tài chính trên máy tính một cách dễ dàng và tiện lợi MatLab là phần mền thương mại lớn, nó đã được sử dụng rộng rãi tại nhiều trường đại học, viện nghiên cứu trong nước và trên thế giới Matlab hết sức tiện lợi khi cần tính toán và xử lý trên các đối tượng có cấu trúc ma trận, là một ngôn ngữ bậc cao, có số lượng các hàm trong và ngoài rất lớn cho phép

cạnh cụ thể của Matlab ứng dụng trong giáo dục Đó là khả năng tạo các giao diện đồ họa

Khi sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab, ta có thể dễ dàng nhận thấy những đặc điểm chính sau của ngôn ngữ lập trình này:

- Dễ xử lý các cấu trúc ma trận thực và phức, các xâu ký tự

- Có thể xử lý các biểu thức toán và dễ dàng kết hợp với các tính toán số

- Khả năng đồ hoạ mạnh và dễ dàng kết hợp với các tính toán số

- Số lượng các hàm rất lớn,chúng luôn hoàn thiện, bổ sung và phát triển

- Cho phép ghép nối với các hàm viết bằng ngôn ngữ C và Fortran

- Có thể dịch để chạy độc lập ngoài môi trường MatLab

- Dễ phát triển các ứng dụng trên các lĩnh vực khoa học và công nghệ riêng

So sánh MatLab với các ngôn ngữ lâp trình khác, ta có thể thấy do dễ lập trình và chương trình ngắn nên hiệu suất lập trình cao hơn hẳn so với khi viết chương trình bằng Basic, Pascal, Fortran, C Mặt khác,Matlab có thể làm việc được ở cả 2 chế độ:

- Chế độđối thoại: cho các bài toán có cấu trúc ngắn, đơn giản và chỉ

chạy một lần

- Chế độ lập trình: cho các bài toán có cấu trúc lớn, phức tạp

1.5.2 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab

Các lệnh cơ bản dùng trong Matlab có thể kể đến là:

Lệnh Clear: Xóa tất cả các biến trong bộ nhớ Matlab

Lệnh clc: Lệnh xóa cửa sổ lệnh (command window)

Lệnh pause: Chờ sự đáp ứng từ phía người dùng

Lệnh =: lệnh gán

Lệnh %: câu lệnh sau dấu này được xem là dòng chú thích

Lệnh input: lệnh lấy vào một giá trị

Ví dụ: x = input(‘Nhap gia tri cho x:’);

Lệnh help: lệnh yêu cầu sự giúp đở từ Matlab

Lệnh Save: Lưu biến vào bộ nhớ

Ví dụ: Save test A B C (lưu các biến A, B, C vào file test)

Lệnh Load: load biến từ file hay bộ nhớ

statements

END

Lệnh Break: Thoát đột ngột khỏi vòng lặp WHILE hay FOR

Lệnh Continue: Bỏ qua các lệnh hiện tại, tiếp tục thực hiện vòng lặp ở

lần lặp tiếp theo

Lệnh Return: lệnh trả về

Lệnh clf: xóa hình hiện tại

Lệnh plot(signal): vẽ dạng sóng tín hiệu signal

Lệnh stairs(signal): vẽ tín hiệu signal theo dạng cầu thang

Lệnh stem(signal): vẽ chuỗi dữ liệu rời rạc

Lệnh bar(signal): vẽ dữ liệu theo dạng cột

Lệnh mesh(A): hiển thị đồ họa dạng 3D các giá trị ma trận

1.5.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lí trong giảng dạy

Khi xây dựng các mô hình vật lý học phục vụ cho công tác giảng dạy tại trường Trung học phổ thông cần phải dựa trên nhiều tiêu chí như tính khả thi Các đối tượng, khái niệm, quy luật vận động của thực thể vật lý rất phong phú, hình thức thể hiện đa dạng và nhìn chung là có độ khó khác nhau Việc xây dựng các mô hình vật lý đòi hỏi đầu tư nhiều trí tuệ, thời gian và công sức, không phải giáo viên nào cũng có thể đáp ứng tiêu chí này Tiếp theo phải xét đến đó là mô hình vật lý học được xây dựng có phù hợp với giảng dạy hay không Để đảm bảo yêu cầu này, người xây dựng mô hình phải dựa vào cơ sở lý luận về phương pháp dạy học mô hình hóa, căn cứ vào nội dung dạy học và hoàn cảnh cụ thể Từ những nhận xét trên, ta có thể thấy quy trình xây dựng một mô

hình (ảo) để ứng dụng trong giảng dạy như sau:

- Xác định mục đích dạy học

- Thiết kế, xây dựng mô hình

- Thiết kế bài giảng có sử dụng mô hình

- Thực nghiệm

- Đánh giá kết quả

- Chỉnh sửa hoặc xây dựng mô hình và bài giảng mới

Luận văn đã xây dựng một số mô hình dưới dạng đồ họa với các tính năng cơ bản như tương tác thay đổi các số liệu, vẽ đồ thị, hình động…tương ứng với nội dung và mục đích dạy học Mô hình thiết kế đã được dịch thành các ứng dụng độc lập, trực quan, sinh động và có tính hệ thống…

Kết luận chương 1

Trong chương này, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến một số luận điểm lí luận như sau:

- Một số vấn đề về phương pháp dạy học vật lí theo quan điểm hiện đại

- Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học vật lí

- Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lí

- Cơ sở lí thuyết về phương pháp dạy học bằng mô hình

- Một vài nét về phần mềm Matlab

Tất cả những cơ sở lí luận và thực tiễn trên sẽ giúp chúng tôi vận dụng

để nghiên cứu thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao theo hướng tăng cường tính chủ động và năng lực nhận thức của học sinh

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 2.1 Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao

Sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao được viết theo chương trình mới với tinh thần nối tiếp chương trình trung học cơ sở (THCS) mới Một số khái niệm đã học ở THCS sẽ được tiếp tục phát triển như dòng điện xoay chiều, sự tán sắc ánh sáng… Hiện nay, một số yêu cầu bức xúc đối với việc giảng dạy ở trung học phổ thông(THPT) là đổi mới phương pháp dạy học theo tinh thần phát huy tính tích cực chủ động, sáng tạo của học sinh, tạo điều kiện cho học sinh hoạt động trí tuệ trong giờ học và cả ở nhà Trong giờ học, thông qua những hoạt động trí tuệ đa dạng như quan sát và theo dõi thí nghiệm, lập luận theo những vấn đề giáo viên đặt ra, thực hiện một số tính toán cần thiết, học sinh có thể tự mình tìm ra một số quy luật, thiết lập được một số phương trình

mà giáo viên cần truyền đạt Trong sự đa dạng của phương pháp, giáo viên sẽ

là người chủ động trong việc lựa chọn phương pháp và hình thành giáo án

Sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao được soạn thảo trên cở sách giáo khoa thí điểm lớp 12 cho ban khoa học tự nhiên đã được dạy thí điểm trong nhiều trường THPT từ năm học 2005 – 2007 Sách giáo khoa 12 nâng cao được biên soạn bám sát chuẩn kiến thức kĩ năng, mức cần đạt quy định trong chương trình Để tạo điều kiện cho việc giảng dạy và học tập theo sách giáo khoa Vật lí lớp 12 nâng cao, mỗi trang của sách giáo khoa đều chia làm 2 cột Cột chính trình bày nội dung của bài học mà giáo viên phải trình bày Trong cột này có một số đoạn in cỡ chữ nhỏ nhằm bổ sung kiến thức cho học sinh, nội dung đoạn này chỉ cần học sinh biết và không cần học sinh phải nhớ, học thuộc khi kiểm tra Để đảm bảo thiết kế sách giáo khoa hợp lí, các minh họa gắn với cột chính được để ở cột chính hoặc cột phụ Cột phụ là các nội dung

mà học sinh muốn tìm hiểu thêm Các nội dung này giáo viên không trình bày

ở lớp, không bắt buộc đối với học sinh và không thuộc mức độ cần đạt cho học sinh Tùy tình hình cụ thể, giáo viên có thể gợi ý học sinh về nhà đọc thêm.Ngoài ra, ở cuối nhiều bài học có mục “Em có biết” và cuối mỗi chương

có “Bài đọc thêm”, các nội dung này nằm ngoài yêu cầu về chuẩn kiến thức kĩ năng mà học sinh cần đạt

Sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao có 10 chương và 61 bài học, trong

đó có 49 bài lí thuyết, 8 bài tập và 4 bài thí nghiệm thực hành Số tiết dành cho 49 bài lí thuyết là 71 tiết nên thời lượng dành cho mỗi bài lí thuyết là từ 1 đến 2 tiết Giáo viên sẽ phân bố thời lượng cho mỗi bài học lí thuyết căn cứ vào khối lượng nội dung của bài và vào tình hình, điều kiện cụ thể khi dạy

Các bài “Bài tập” giới thiệu một số dạng bài tập cơ bản cùng phương pháp giải, làm cơ sở để giáo viên tham khảo khi tổ chức dạy – học trong các tiết bài tập đã được quy định cho mỗi chương Ngay trong khi thực hiện tiến

trình giảng dạy bài học lí thuyết, thông qua các câu hỏi C, giáo viên cũng đã

yêu cầu học sinh thực hiện một số bài tập đơn giản Ở mỗi bài học có câu hỏi, vấn đề gợi ý nhằm giúp giáo viên, học sinh mở đầu bài học Ở đầu mỗi chương đều có hình ảnh minh họa về nội dung sẽ trình bày trong chương Sau

đó có nêu vắn tắt các vấn đề được đề cập trong chương

Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 gồm 10 chủ đề:

9 Hạt nhân nguyên tử

10 Từ vi mô đến vĩ mô Vật lí 12 đã trình bày một số vấn đề hiện đại phù hợp với xu thế chung của các nước trong khu vực và trên thế giới: “Động lực học vật rắn”, “Sơ lược

về thuyết tương đối hẹp”, và “Từ vi mô đến vĩ mô” nhằm giúp học sinh có một cái nhìn tổng quan về thế giới vật chất, khái quát các kiến thức đã học trong chương trình vật lí phổ thông Ngoài ra, còn có một số nội dung mới trong các chương còn lại như: Hiệu ứng Đốp-ple, Nhiễu xạ ánh sáng, Hấp thụ ánh sáng, Phản xạ lọc lựa, Màu sắc các vật, Sơ lược về laze… Tuy nhiên, các nội dung này được biên soạn bám sát yêu cầu nêu trong chuẩn kiến thức kĩ năng và theo yêu cầu đổi mới, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảng dạy và học tập Nội dung chương trình Vật lí 12 được trình bày theo cách tiếp cận mới, logic hơn, chặt chẽ hơn, chú trọng hơn đến nội dung thực tế, kết hợp tốt kênh hình và kênh chữ (xu hướng chung là giảm kênh chữ, tăng hình ảnh minh họa) tạo điều kiện tốt cho việc đổi mới phương pháp giảng dạy của giáo viên và phương pháp học tập của học sinh, giúp học sinh phát huy năng lực tự học, tự giải quyết vấn đề

2.2 Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao