Sử dụng phần mềm toán học mathematica trong việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí chương Động lực học chất điểm Sách giáo khoa vật lí 10 nâng cao trong họ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ THU HUYỀN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG VIỆC HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐI

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ THU HUYỀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG VIỆC HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 10 NÂNG CAO TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học

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

GS.TS Tôn Tích Ái, TS Ngô Diệu Nga các Thầy, Cô 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 phổ

thông Nguyễn Trãi – Ba Đình thành Phố Hà Nội 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, tháng 12 năm 2010 Tác giả

Nguyễn Thị Thu Huyền

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

GV : Giáo viên

HS : Học sinh NCTLM : Ngiêm cứu tài liệu mới BTCB : Bài tập cơ bản

CNTT : Công nghệ thông tin

DH : Dạy học BTPH : Bài tập Phức hợp BTVL : Bài tập vật lý ĐLHCĐ : Động lực học chất điểm NXB : Nhà xuất bản

SGK : Sách giáo khoa ĐHQG : Đại học quốc gia

O : Câu hỏi của giáo viên

# : Hướng dẫn của giáo viên

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Phạm vi nghiêm cứu 2

5 Mẫu khảo sát 3

6 Vấn đề nghiên cứu 3

7 Giả thuyết nghiên cứu 3

8 Phương pháp Nghiên cứu 3

9 Đóng góp của đề tài 4

10 Cấu trúc luận văn 4

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 5

1.1 Quan niệm về dạy học hiện đại 5

1.2 Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập vật lí 9

1.2.1 Khái niệm bài tập vật lý 9

1.2.2 Tác dụng của bài tập vật lý 10

1.2.3 Phân loại bài tập vật lý 12

1.2.4 Phương pháp giải bài tập vật lý 19

1.2.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lý 25

1.3 Vai trò của công nghệ thông tin (CNTT) trong dạy học 26

1.4 Giới thiệu phần mềm toán học Mathematica 29

1.4.1 Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica 29

1.4.2 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính 30

1.4.3 Các lệnh trong Mathematica 34

1.5 Thực tiễn hoạt động hướng dẫn giải bài tập vật lí và việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lí ở một số trường THPT ở Hà Nội 44

1.5.1 Nội dung điều tra 45

1.5.2 Phương pháp điều tra 45

1.5.3 Kết quả điều tra 46

Kết luận chương 1 49

Chương 2: SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ CHỨC HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA VÀO CHƯƠNG ''ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM '' VẬT LÝ LỚP 10 NÂNG CAO 51

2.1 Phân tích nội dung khoa học kiến thức phần “Động lực học chất điểm” 51

2.1.1 Định luật Newton thứ nhất 52

2.1.2 Khối lượng và xung lượng của vật 54

2.1.3 Định luật Newton thứ hai 57

2.1.4 Các lực cơ học 61

2.2 Phân tích nội dung kiến thức chương “Động lực học chất điểm” vật lý 10 nâng cao 66

2.2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Động lực học chất điểm” 66

2.2.2.Đặc điểm cấu trức nội dung chương “Động lực học chất điểm” 67

2.2.3 Mục tiêu dạy học 68

2.3 Soạn thảo hệ thống bài tập chương “Động lực học chất điểm” vật lý 10 nâng cao 74

2.3.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập 74

2.3.2 Hệ thống bài tập 75

2.4 Tổ chức dạy học với hệ thống bài tập chương “Động lực học chất điểm” vật lý 10 nâng cao có sử dụng phần mềm toán học Mathematica 79

2.4.1 Phương pháp 79

2.4.2 Hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập đã soạn thảo 80

Kết luận chương 2 107

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 108

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 108

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 108

3.3 Phương pháp thực nghiệm 108

3.4 Thời điểm thực nghiệm: 15/10/2010 đến 22/11/2010 109

3.5 Tiến trình thực nghiệm sư phạm 109

3.5.1 Những khó khăn gặp phải khi làm thực nghiệm sư phạm 109

3.5.2.Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm 109

3.5.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 114

3.5.4 Xử lý kết qủa bằng thống kê toán học 118

Kết luận chương 3 124

KẾT LUẬN 125

TÀI LIỆU THAM KHẢO 127

PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Đổi mới phương pháp dạy học, ứng dụng công nghệ dạy học hiện đại theo hướng chủ động, tích cực hóa hoạt động của học sinh là một trong những phương hướng đã được xác định rõ, nhằm nâng cao chất lượng dạy

và học hiện nay Điều này đã được xác định trong nghị quyết trung ương 4 khoá VII, nghị quyết trung ương 2 khoá VIII, được thể chế trong luật giáo dục (2005) Luật giáo dục, điều 28.2, đã ghi "Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm từng lớp học môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hướng thú và trách nhiệm học tập của học sinh”

Với đặc thù môn học Vật Lý phổ thông là quan sát, mô phỏng, giải thích hiện tượng, việc sử dụng một phần mềm công nghệ để trong giảng dạy bài tập sẽ giúp học sinh dễ dàng hiểu và vẫn dụng được, giúp giáo viên

và học sinh nâng cao chất lượng dạy và học Mathematica là một trong những phần mềm đó Mathematica có những ưu thế trong việc mô phỏng các hiện tượng, đồ họa đẹp, thân thiện và dễ sử dụng, có khả năng ứng dụng cao trong Vật Lý, hoàn toàn là một lựa chọn thích hợp trong việc dạy bài tập Vật Lý phổ thông cho học sinh hiện nay

Từ những lý do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm Mathematica trong việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý nhằm nâng cao chất lượng dạy - học vật lý ở trường phổ thông trung học ,tôi đã lựa

chọn đề tài: “Sử dụng phần mềm toán học Mathematica trong việc hướng

dẫn học sinh giải bài tập vật lý chương "Động học lực chất điểm" sách giáo khoa vật lý 10 ban nâng cao trung học phổ thông”

2 Mục tiêu nghiên cứu

Vận dụng lý luận về giải bài tập vật lý, soạn thảo hệ thống bài tập và

tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán

học Mathematica vào chương "Động lực học chất điểm" sách giáo khoa

Vật Lý 10 nâng cao góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dưỡng

năng lực sáng tạo của học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục tiêu đề tài, chúng tôi có xác định có những nhiệm vụ:

- Nghiên cứu các quan điểm dạy học hiện đại về dạy học,đặc biệt chú trọng về cơ sở lý luận của việc dạy giải bài tập vật lý

- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica

- Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức chương

"Động lực học chất điểm" và các tài liệu có liên quan nhằm xác định

được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng học sinh cần đạt được

- Tìm hiều thực tế dạy học phần kiến thức chương "Động lực học chất điểm" nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai

lầm phổ biến của học sinh Từ đề xuất nguyên nhân của các khó khăn, sai lầm

đó và nêu các biện pháp khắc phục

- Soạn thảo hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica

để giải và sử dụng hệ thống bài tập này vào việc tổ chức dạy học

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để đánh giá hiệu quả của hệ thống bài tập đã xây dựng và việc đưa phần mềm toán học Mathematica vào hướng dẫn hoạt động giải bài tập

4 Phạm vi nghiêm cứu

Sử dụng phần mềm toán học Mathematica trong việc hướng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập đã được lựa chọn khi dạy học chương

"Động lực học chất điểm" Lớp 10 PTTH ban nâng cao

5 Mẫu khảo sát

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn vật lý chương "Động lực học chất điểm" của giáo viên và học sinh lớp 10 ban nâng cao PTTH

- Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm toán học Mathematica , ứng dụng vào

dạy giải bài tập vật lý chương "Động lực học chất điểm" lớp10 ban nâng cao

- Đối tượng khảo sát: học sinh lớp 10A1,10A2 trường PTTH Nguyễn Trãi Ba Đình ,Hà Nội

6 Vấn đề nghiên cứu

Sử dụng phần mềm toán học Mathematica trong việc hướng dẫn học

sinh giải hệ thống bài tập đã được lựa chọn khi dạy học chương "Động lực học chất điểm" sách giáo khoa 10 nâng cao như thế nào để phát huy tính

tích cực và tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh?

7 Giả thuyết nghiên cứu

Nếu học sinh có kiến thức về việc sử dụng phần mềm toán học

Mathematica và kiến thức vật lý của chương "Động lực học chất điểm"

sách giáo khoa Vật Lý 10 nâng cao; Giáo viên soạn thảo được hệ thống bài tập bám sát mục tiêu dạy học và tổ chức hoạt động dạy học hướng dẫn học sinh với hệ thống bài tập đó có sử dụng phần mềm toán học Mathematica, một cách phù hợp thì góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

8 Phương pháp Nghiên cứu

8.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu các tài liệu về Tâm lí học, Lí luận dạy học, Các tài liệu

về phương pháp dạy học bộ môn vật lí…

- Nghiên cứu SGK vật lí 10 và các tài liệu khoa học đề cập đến vấn

đề "Động lực học chất điểm"

- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica

8.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học và tìm hiểu việc dạy tin học hiện nay ở các trường trung học phổ thông Hà Nội

- Điều tra thực tiễn hoạt động dạy giải bài tập vật lí và việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý ở một số trường THPT Hà Nội

- Thực nghiệm sư phạm ở trường THPH Nguyễn Trãi - Ba Đình, Hà Nội

8.3 Phương pháp thống xử lý thông tin

Sử dụng thống kê toán để xử lý số liệu điều tra thực tế và thực nghiệm sư phạm

10 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn của hoạt động dạy giải bài tập

vật lí phổ thông có sự hỗ trợ của công nghệ thông tin

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

hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý với hệ thống bài tập có sử dụng phần

mềm toán học Mathematica vào chương "Động lực học chất điểm " sách

giáo khoa Vật Lý 10 nâng cao nhằm phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

Theo kiểu dạy học thuyền thống cũ, điều quan tâm chủ yếu của giáo viên

là sự trình bày bài giảng của mình về các kiến thức cần dạy cho học sinh sao cho đảm bảo được nội dung chính xác, sâu sắc, đầy đủ Nghĩa là theo kiểu dạy học này, trung tâm chỉ chú ý đến nội dung kiến thức cần dạy Dần dần những nhà nghiêm cứu lý luận dạy học, những nhà sư phạm đã nhận ra rằng; Nếu chỉ quan tâm tới bản thân nội dung kiến thức cần dạy thì dù có trình bày tốt đến đâu cũng vẫn chưa phải là sự xác định một cách cụ thể học sinh cần đạt được những khả năng gì trong hoặc sau khi học và bằng cách nào đảm bảo cho học sinh đạt được những khả năng đó Đó là một nhược điểm cơ bản của kiểu dạy học cũng 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 những nhà nghiêm cứu lý luận dạy học, những nhà sư phạm

đã hình thành quan niệm về kiểu dạy học mà học sinh là trung tâm, chú ý là những khả năng, những hành vi mà người học cần thể hiện ra được cần đạt được trong hoặc sau khi học Những khả năng này được xem là những kết quả mà sự dạy học mang lại ở người học

Sự khác biệt giữa các quan niệm truyền thống và cá quan niệm hiện đại về dạy học được thể hiện rõ khi xem xét bản chất hành động của sự học

và chức năng của giáo viên trong sự tổ chức, kiển tra, định hướng hành động học, cụ thể qua sự so sánh các quan niệm sau

a Quan niệm về mục đích dạy học

Quan niệm truyền thống

(Giáo viên làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm)

Đào tạo trẻ em thành người lớn

thông qua những người lớn tuổi hơn,

những người hiểu biết, những hình

mẫu Lí luận dạy học thiên về mệnh

lệnh, uy quyền

Xây dựng các chương trình đào tạo phù hợp với chủ thể, nhằm hình thành các năng lực chuyên môn, năng lực xã hội và cá nhân, khả năng hành động Lí luận dạy học chú trọng năng lực tự chủ, khả năng giao tiếp

b Quan niệm về nội dung dạy học

Quan niệm truyền thống

(Giáo viên làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm)

Các nhà chuyên môn xác định

những nội dung quan trọng, từ đó đề

ra những yêu cầu, tiêu chuẩn, những

điều bắt buộc Sự lựa chọn nội dung

thiên về định hướng chuyên môn và

là bắt buộc

Người điều khiển quá trình dạy học đưa ra những nội dung tiêu biểu, then chốt, cũng như những vấn đề

có ý nghĩa đối với đời sống xã hội

Sự lựa chọn nội dung mang tính liên môn và có sự thỏa thuận của người học

c Quan niệm về phương pháp, phương tiện dạy học

Quan niệm truyền thống

(Giáo viên làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm)

Các phương pháp truyền thụ và

thông báo chiếm ưu thế, trong đó bao

Giờ học là sự phối hợp hoạt động của người dạy và người học trong

gồm định hướng mục đích học tập và

kiểm tra

Các phương pháp nặng về định

hướng hiệu quả truyền đạt

việc lập kế hoạch thực hiện và đánh giá

Dạy học theo hướng, giải quyết vấn đề, định hướng hành động chiếm ưu thế

d Quan niệm về đánh giá

Quan niệm truyền thống

(Giáo viên làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm)

Kết quả học tập được đo và dự báo

với nhiều phương pháp khác nhau

Dạy học và đánh giá là hai phần

khác nhau của quá trình dạy học

Chú trọng khả năng tái hiện tri thức

chính xác

Không phải chỉ kết quả học tập mà chính quá trình học tập mới là đối tượng đánh giá chủ yếu Học sinh được tham gia vào quá trình đánh giá Chú trọng việc ứng dụng tri thức trong các tình huống hành động

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

Mỗi hoạt động diễn ra theo các pha: định hướng, chấp hành và kiểm tra Cơ sở định hướng của hành động có tầm quá trình đặc biệt với chất lượng, hiệu quả của hành động Giáo viên có vai trò quan trọng trong việc giúp đỡ cho sự hình thành cơ sở định hướng khái quát hành động của học sinh Cơ sở định hướng bao gồm những nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất cho sự thành công của hành động chủ thể Hoạt động dạy của giáo viên phải có tác dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phù hợp với con đường biện chứng của sự hình thành, phát triển và hoàn thiện của hành động

Theo quan điểm xã hội – tâm lý, học là hoạt động của tác nhân chiếm lĩnh kinh nghiệm, xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách của cá nhân

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

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

Trong sự vận hành của hệ tương tác dạy học gồm: Người dạy (giáo viên)- Người học (học sinh)- Tư liệu hoạt động dạy học (môi trường) thì giáo viên là người tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động của học sinh theo một chiến lược hợp lý sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức của mình và do đó đồng thời năng lực trí tuệ và nhân cách toàn diện của học sinh từng bước phát triển

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

Sơ đồ 1.1 Sự tương tác dạy học

Hành động của giáo viên với tư liệu hoạt động dạy học là tổ chức tư liệu và qua đó cung cấp tư liệu, tạo tình huống cho học sinh của học sinh Tác động của giáo viên tới học sinh là sự định hướng của giáo viên đối với hoạt động của học sinh với tư liệu, định hướng của giáo viên với sự tương tác trao đổi giữa học sinh với nhau và qua đó định hướng cả sự cung cấp những thông tin liên hệ ngược từ phía học sinh cho giáo viên

Hành động học của học sinh với tư liệu hoạt động dạy học là sự thích ứng của học sinh với tình huống học tập, đồng thời là hành động chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình Tương tác trực tiếp của học sinh với nhau

và giữa học sinh với giáo viên là sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân và nhờ đó học sinh tranh thủ sự hỗ trợ từ phía giáo viên và tập thể học sinh

1.2 Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập vật lí

1.2.1 Khái niệm bài tập vật lý

- BTVL được hiểu là một vấn đề đặt ra đòi hỏi phải giải quyết nhờ

những suy luận lôgic, những phép toán và thí nghiệm dựa trên cơ sở các

định luật, các thuyết vật lí

- BTVL với tư cách là một phương pháp dạy học giữ vai trò quan trọng

nhất trong việc hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lý ở trường phổ thông

- Theo nghĩa rộng BTVL được hiểu là mỗi vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu giáo khoa cũng chính là một bài toán đối với học sinh Sự tư

duy tích cực luôn là việc giải bài tập

1.2.2 Tác dụng của bài tập vật lý

Với hai ý nghĩa vận dụng kiến thức cũ và hình thành kiến thức mới,

BTVL giữ vai trò đặc biệt quan trọng trong quá trình dạy và học vật lí 1.2.2 1 Bài tập giúp cho việc ôn tập đào sâu, mở rộng kiến thức

Trong giai đoạn xây dựng kiến thức, học sinh đã nắm được cái chung, cái khái quát của các khái niệm, định luật và cũng là cái trừu tượng Trong các bài tập, học sinh phải vận dụng những kiến thức khái quát, trừu tượng đó vào những trường hợp cụ thể, rất đa dạng; nhờ thế mà học sinh nắm được những biểu hiện cụ thể của chúng trong thực tế, phát hiện ngày càng nhiều những hiện tượng thuộc ngoại diên của các khái niệm hoặc chịu

sự chi phối của các định luật hay thuộc phạm vi ứng dụng của chúng Quá trình nhận thức các khái niệm, định luật vật lý không kết thúc ở việc xây dựng nội hàm của các khái niệm, định luật vật lý mà còn tiếp tục ở giai đoạn vận dụng vào thực tế Ngoài những ứng dụng quan trọng kỹ thuật, bài tập vật lý sẽ giúp cho học sinh thấy được những ứng dụng quan trọng của

kỹ thuật muôn hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học

Vật lý học không phải chỉ tồn tại trong óc của chúng ta dưới dạng những mô hình trừu tượng do ta nghĩ ra, mà là sự phản ánh vào trong óc chúng ta thực tế phong phú, sinh động Tuy nhiên, các khái niệm, định luật vật lý thì rất đơn giản, còn biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì lại rất phức tạp, bởi vì nhiều nguyên nhân đồng thời hay liên tiếp chồng chéo lên nhau Bài tập sẽ giúp luyện tập cho học sinh phân tích để nhận biết được

những trường hợp phức tạp đó Ví dụ: định luật thứ hai của Niutơn có dạng rất đơn giản nhưng qua bài tập, học sinh sẽ thấy được rằng định luật này có thể áp dụng đẻ xác định chuyển động của tất cả các vật cực lớn như các hành tinh, những vật chịu tác dụng c ủa một lực hay đồng thời của nhiều lực

Bài tập vật lý là một phương tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh động Khi giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi phải sử dụng tổng hợp những kiến thức thuộc nhiều chương, nhiều phần của chương trình

1.2.2 2 Bài tập có thể là điểm khởi đầu, để dẫn dắt đến kiến thức mới

Ở những lớp trên của bậc trung học phổ thong, với trình độ toán học

đã khá phát triển, nhiều khi các bài tập được sử dụng khéo léo có thể dẫn học sinh đến những suy nghĩ về một hiện tượng mới hoặc xây dựng một khái niệm mới để giải thích hiện tượng mới do bài tập phát hiện ra Ví dụ: Trong khi vận dụng định luật thứ hai của Niutơn để giải bài toán hai vật tương tác, có thể thấy một đại lượng luôn không đổi là tích của hai vật tương tác:

hiện tượng thực tiễn hoặc dự đoán các hiện tượng có thể xảy ra trong thực tiễn ở những điều kiện cho trước

1.2.2.4 Giải bài tập là một trong những hình thức làm việc tự lực cao của học sinh

Trong khi làm bài tập, do phải tự mình phân tích các điều kiện của đầu bài, tự xây dựng những lập luận, kiểm tra và phê phán những kết luận

mà học sinh rút ra được nên tư duy học sinh được phát triển, năng lực làm việc tự lực của học sinh được nâng cao, tính kiên trì được phát triển

Cần lưu ý rằng: việc rèn luyện cho học sinh giải các bào tập vật lý không phải là mục đích dạy học Mục đích cơ bản đặt ra khi giải bài tập vật lý

là làm sao cho học sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lý, biết phân tích

và ứng dụng chúng vào những vấn đề thực tiễn, vào tính toán kĩ thuật và cuối cùng phát triển được năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề

1.2.2.5 Giải bài tập vật lý góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh

Có nhiểu bào tập vật lý không chủ dừng lại trong phạm vi vận dụng những kiến thức đã học mà còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo Đặc biệt là những bà tập giải thích hiện tượng, bìa tập thí nghiệm, bìa tập thiết kế dụng cụ rất có ích về mặt này

1.2.2.6 Giải bài tập vât lý để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh

Bài tập vật lý cũng là một phương tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ nắm bắt kiến thức của học sinh Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có thể phân loại được các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, khiến cho việc đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh được chính xác

1.2.3 Phân loại bài tập vật lý

Có nhiều cách phân loại BTVL theo nội dung; theo yêu cầu phát triển tư duy; theo phương thức cho điều kiện của bài toán hay theo phương thức giải Mỗi đặc điểm khác nhau cho ta một cách phân loại bài tập

1.2.3.1 Phân loại theo nội dung

- Phân loại theo đề tài vật lí: cơ, nhiệt, điện, quang

- Phân loại theo bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tượng

- Phân loại theo bài tập có nội dung lịch sử

- Phân loại bài tập kỹ thuật tổng hợp

1.2.3.2 Phân loại bài tập theo yêu cầu phát triển tư duy

- Bài tập luyện tập: là các bài tập mà việc giải chúng không đòi hỏi

tư duy sáng tạo của học sinh, chỉ yêu cầu học sinh nắm vững cách giải đối với một loại bài tập nhất định đã được chỉ dẫn Bài tập loại này được dùng

để rèn luyện học sinh sử dụng những công thức giải từng loại bài tập mẫu xác định

- Bài tập sáng tạo: là các bài tập dùng để phát triển tư duy học sinh, việc giải bài tập loại này đòi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh Loại bài tập này đường lối giải thường không rõ ràng, thường che giấu các angôrit giải

và không có một angôrits chung mà luôn là mới mẻ đối với người giải Học sinh phải tự bổ sung lấy kiến thức khuyết thiếu, tự thực hiện thao tác tư duy phức tạp để tiến hành kiểm tra suy nghĩ của mình và đánh giá

1.2.3.3 Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện hay theo phương thức giải của bài tập

Có nhiều cách phân loại bài tập lý Nếu dựa vào các phương tiện giải, có thể chia bài tạp vật lý thành bài tập định tính, bài tập tính toán, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị Nếu dựa vào mức độ khó khăn của bài tập đối với học sinh, có thể chia bài tập vật lý thành bài tập tập dượt, bài tập tổng hợp, bài tập sáng tạo

a Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập mà khi giải, học sinh không cần phải thực hiện các phép tính phức tạp hay chỉ phải làm những phép tính

đơn giản, có thể tính nhẩm được Muốn giải những bài tập định tính, học sinh phải thực hiện những phép suy luận loogic, do đó phải hiểu rõ bản chất (nội hàm) của các khái niệm, định luật vật lý và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong các trường hợp cụ thể Đa số các bài tập định tính yêu cầu học sinh giải thích hoặc dự đoán một số hiện tượng xảy ra trong những điều kiện xác định

Bài tập định tính có rất nhiều ưu điểm về mặt phương pháp học Nhờ đưa được lý thuyết vừa học lại gần với đời sống xung quanh, các bài tập này làm tăng thêm ở học sinh hứng thú với môn học, tạo điều kiện phát triển tư duy của học sinh Việc giải các bài tập đó rèn luyện cho học sinh hiểu rõ được bản chất các hiện tượng vật lý và những quy luật của chúng, dạy cho học sinh biết áp dụng kiến thức vào thực tiễn Việc giải các bài tập định tính này rèn luyện cho học sinh chú ý đến việc phân tích nội dung vật

lý của các bài tập tính toán

Do có tác dụng về nhiều mặt như trên nên bài tập định tính được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lý thuyết và trong khi luyện tập, ôn tập về vật lý

Bài tập định tính có thể là bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụng một định luật, một quy tắc, một phép suy luận lôgic.Ví dụ: Giải thích tại sau thành ngoài của một cốc đựng nước đá lại ướt, mặc dầu trước khi đổ nước

đá vào cốc, ta đã lau khô cốc

Rất nhiều bài tập định tính có thể sử dụng

một hình vẽ đơn giản Ví dụ: Máy chỉnh lưu bán

dẫn dùng để chỉnh lưu cả hai nửa chu kì một dòng

điện xoay chiều một pha được mắc theo sơ đồ

(Hình 1.1) Hãy chỉ rõ: dòng điện đã được chỉnh

lưu cả hai nửa chu kỳ đi qua mạch nào và đường

Hình 1.1

đi của dòng điện qua các đoạn mạch trong mỗi nửa chu kỳ của dòng điện xoay chiều

b Bài tập tính toán

Bài tập tính toán là những bài tập mà muốn giải đƣợc chúng, ta phải thực hiện một loạt các phép tính và kết quả thu đƣợc một đáp số định lƣợng, tìm giá trị của một số đại lƣợng vật lý Có thể chia bài tập tính toán

ra làm hai loại: bài tập tập dƣợt và bài tập tổng hợp

b1 Bài tập tính toán tập dượt: Bài tập tính toán tập dƣợt là những bài tập

cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến một hiện tƣợng, một định luật và

sử dụng một vài phép tính đơn giản Những bài tập này có tác dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ ý nghĩa của các định luật và các công thức biểu diễn chúng, sử dụng các đơn vị vật lý và thói quen cần thiết để giải những bài tập phức tạp hơn

Ví dụ 1: sau khi học đề tài: “Lực trong chuyển động tròn đều”, giáo viên có thể ra những bài tập dƣợt sau để luyện tập sử dụng các công thức:

Các ký hiệu trong các công thức đó, các đơn vị đo và điều kiện để có chuyển động tròn đều:

Ví dụ 2: Một vật khối lƣợng 100g, buộc vào đầu một sợi dây dài 0,5 m và quat tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang với vận tốc góc 180 vòng/ phút Tính lực căng của dây và vận tốc dài của vật

Ví dụ 3: Một sợi dây dài 1m chỉ chịu đƣợc lực nhiều nhất là 5N Nếu dùng dây ấy buộc một đầu vào một vật có khối lƣợng 100g và quay tròn đều trong mặt phẳng nằm ngang, tâm vòng tròn là đầu kia sợi dây đƣợc giữ cố định Tìm vận tốc góc và vận tốc dài tối đa của vật đó để dây không bị đứt

b2 Bài tập tính toán tổng hợp

Bài tập tính toán tổng hợp là bài tập mà muốn giải nó thì phải vận dụng nhiều khái niệm, định luật, dùng nhiều công thức Những kiến thức cần sử dụng trong việc giải bài tập tổng hợp có thể là những kiến thức đã học trong nhiều bài trước Loại bài tập này có tác dụng đặc biết giúp học sinh đào sâu, mở rộng kiến thức, thấy rõ những mối quan hệ khác nhau giữa các phần của chương trình vật lý, tập cho học sinh biết phân tích những hiện tượng thực tế phức tạp ra thành những phần đơn giản tuân theo một định luật xác định

Ví dụ: Khi học đề tài: “Lực trong chuyển

động tròn đều”, giáo viên có thể ra cho

học sinh bài tập tính toán tổng hợp sau:

“Một vòng xiếc gồm một đường dốc nối

liền với một đường tròn nằm trong mặt

phẳng thẳng đứng (Hình 1.2)

Tính độ cao tối thiểu của điểm xuất phát

trên đường dốc mà từ đó thả một viên bi để nó có thể lăn theo đường dốc rồi vượt điểm cao nhất của đường tròn mà không bị rơi Coi như ma sát không đáng kể, bán kính của đường tròn là R”

Ta thấy ngay rằng, xét về thực chất thì bài tập tính toán tổng hợp cũng nhằm mục đích làm sáng tỏ nội dung vật lý của các định luật, quy tắc biểu hiện dưới dạng các công thức Khi giải bải tập này, học sinh thường áp dụng máy móc các công thức mà không chú ý đến ý nghĩa vật lý của chúng Bởi vậy, giáo viên cần lưu ý học sinh làm nổi bật yếu tố định tính của bải tập này trước khi đi vào lựa chọn các công thức và thực hiện các phép tính toán

Hình 1.2

c Bài tập thí nghiệm

Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải bài tập Những thí nghiệm này thường là những thí nghiệm đơn giản có thể làm ở nhà, với những dụng cụ đơn giản, dễ tìm hoặc tự làm được Để giải các bài tập thí nghiệm, đôi khi cũng cần đến những thí nghiệm đòi hỏi học sinh phải phải tới phòng thí nghiệm vật lý của trường phổ thông để thực hiện, nhưng dù sao cũng vẫn là những thí nghiệm đơn giản Bài tập thí nghiệm cũng có thể có dạng định tính hoặc định lượng

Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dưỡng, giáo dục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt giúp làm sáng tỏ mối quan

hệ giữa lý thuyết và thực tiễn

Ví dụ 1: Cầm đầu trên của một sợi cao su có một quả nặng buộc ở đầu dưới Sợi dây cao su vẽ dãn ra hay co lại, nếu ta đột ngột nâng tay lên cao hay hạ tay xuống thấp? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra các dự đoán

Ví dụ 2: Lấy chiếc kim ngắn cắm vào tâm một đĩa tròn bằng bìa phẳng, theo phương vuông góc với mặt đĩa Đặt đĩa nằm trên mặt một chậu nước, đầu kim quay xuống nước Thay đổi chiều dài của phần chiếc kim chìm trong nước và đặt mắt ở gần sát mặt nước để quan sát ảnh của đầu kim chìm trong nước Đo bán kính đĩa tròn và chiều dài của phần kim chìm trong nước ở vị trí giới hạn bắt đầu từ đó không nhìn thấy đầu kim nữa Dựa vào các số liệu đo được, tính chiết suất của nước trong chậu

Cần lưu ý rằng: trong các bài tập thí nghiệm thì thí nghiệm chỉ cho các số liệu để giải bài tập, chứ không cho biết tại sao hiện tượng lại xảy ra như thế Cho nên, phần vận dụng các định luật vật lý để lý giải các hiện tượng mới là nội dung chính của bài tập thí nghiệm

d.Bài tập đồ thị

Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải tìm trong các đồ thị cho trước hoặc ngược lại, đòi hỏi học sinh phải biểu diễn quá trình diễn biến của hiện tượng nêu trong bài tập bằng đồ thị

Ta đã biết: đồ thị là một hình thức để biểu đạt mối quan hệ giữa hai đại lượng vật lý, tương đương với cách biểu đạt bằng lời hay bằng công thức Nhiều khi nhờ vẽ được chính xác đồ thị biểu diễn các số liệu thực nghiệm mà ta có thể tìm được định luật vật lý mới Bởi vậy, các bài tập luyện tập sử dụng đồ thị hoặc xây dựng đồ thị có vị trí ngày càng quan trọng trong dạy học vật lý

Sơ đồ 1.2 Sơ đồ phân loại bài tập vật lý

t

lý

Kỹ thuật tổng hợp

Bài tập luyện tập

Bài tập sáng tạo

Bài tập định tính

Bài tập định lượng

Bài tập thí nghiệm

Bài tập

đồ thị

Trắc nghiệm khách quan

1.2.4 Phương pháp giải bài tập vật lý

1.2.4.1 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý

a.Định hướng hành động của học sinh giải bài tập vật lý

Muốn hướng dẫn học sinh giải một bài toán cụ thể nào đó thì dĩ nhiên

là giáo viên phải giải được bài toán đó, nhưng như vậy chưa đủ Muốn cho việc hướng dẫn giải bài toán được định hướng một cách đúng đắn giáo viên phải phân tích được phương pháp giải bài toán cụ thể, bằng cách vận dụng những hiểu biết về tư duy logic giải bài toán vật lý để xem xét việc giải bài toán cụ thể này Mặt khác phải xuất phát từ mục đích sư phạm cụ thể của việc cho học sinh giải bài toán để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp Nói cách khác, cơ sở khoa học để suy nghĩ xác định phương pháp hướng dẫn học sinh giải một bài toán vật lý cụ thể nào đó là những hiểu biết khoa học về tư duy giải bài toán vật lý được vận dụng vào việc phân tích phương pháp giải bài toán cụ thể này và những hiểu biết về đặc điểm của các kiểu hướng dẫn giải toán, tương ứng với các mục đích sư phạm khác nhau Ta có thể minh

họa điều vừa nói bằng một sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ 1.3 Sơ đồ định hướng hành động của học sinh

Tư duy giải bài

cụ thể

b.Các kiểu hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

+ Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn angôrit)

Sự hướng dẫn hành động theo một mẫu đã có thường được gọi là hướng dẫn angôri Ở đây thuật ngữ angôrit được dùng với nghĩa là một quy tắc hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong

đó chỉ cần chỉ rõ thực hiện những hành động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả

Là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong muốn

Kiểu hướng dẫn angôrit không đòi hỏi học sinh phải tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, cứ theo dó học sinh sẽ đạt được kết quả, sẽ giải được bài tập đã cho

Kiểu hướng dẫn angôrit đòi hỏi giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải bài toán, để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ của các hành động cần thực hiện để giải được một bài toán và phải đảm bảo cho các hành động đó là những hành động sơ cấp đối với học sinh Nghĩa là, kiểu hướng dẫn giải bài toán này đòi hỏi phải xây dựng được angôrit giải bài toán

Kiểu hướng dẫn angôrit thường được áp dụng khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một bài toán điển hình nào đó, nhằm luyện tập cho học sinh kĩ năng giải một loại bài toán xác định nào đó Người ta xây dựng các angôrit giải cho từng loại bài toán cơ bản, điển hình và luyện tập cho học sinh kĩ năng giải các loại bài toán đó dựa trên việc làm cho học sinh nắm được các angôrit giải

Việc truyền đạt cho học sinh angôrit giải một bài toán xác định có thể theo những cách khác nhau Có thể chỉ dẫn cho học sinh angôrit giải

dưới dạng có sẵn Qua việc giải một bài toán mẫu giáo viên phân tích phương pháp giải và chỉ dẫn cho học sinh angôrit giải loại bài toán đó rồi cho học sinh tập áp dụng để giải các bài toán tiếp theo Đối với những lớp học sinh khá thì để tăng cường rèn luyện tư duy học sinh trong quá trình giải bài toán, người ta có thể lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng angôrit chung để giải loại bài toán đã cho Thông qua việc phân tích những bài toán đầu tiên có thể yêu cầu học sinh tự vạch ra angôrit giải loại bài toán này rồi áp dụng vào việc giải các bài toán tiếp theo Trong trường hợp lớp học sinh yếu, có thể là học sinh chưa áp dụng được ngay angôrit đã được đưa ra cho học sinh thì giáo viên vần đưa ra những bài luyện tập riêng nhằm đảm bảo cho học sinh thực hiện được những chỉ dẫn riêng lẻ trong angôrit giải này (đảm bảo cho học sinh nắm vững những hành động sơ cấp) để tạo điều kiện cho học sinh có thể áp dụng được angôrit đã cho

+ Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn ơrixtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện các giải quyết, không phải là giáo viên chỉ dẫn cho học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo một mẫu đã có để xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

Kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải được bài toán, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy học sinh, muốn tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm tòi cách giải quyết

Ưu điểm của kiểu hướng dẫn này là tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải toán Nhưng vì kiểu hướng dẫn này đòi hỏi học sinh phải tự lực tìm tòi cách giải quyết chứ không phải là học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo mẫu đã được chỉ ra, nên không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo cho học sinh giải được một cách toán một cách chắc chắn

Khó khăn của kiểu hướng dẫn này chính là ở chỗ hướng dẫn của giáo viên phải sao cho không được đưa học sinh đến chỗ chỉ còn việc thực hành các hành động theo mẫu, nhưng đồng thời sự hướng dẫn đó lại không thể là một sự hướng dấn viển vông, quá chung chung không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của học sinh Nó phải có tác dụng hướng tư duy của học sinh vào phạm vi cần và có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyết

+ Định hướng khái quát chương trình hóa

Định hướng khái quát chương trình hóa cũng là sự hướng dẫn cho học sinh

tự tìm tòi cách giải quyết (chứ không thông báo ngay cho học sinh cái có sẵn) Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng dạy học tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn

đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết vấn đề Nếu học sinh không được áp dụng được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là

sự phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh, để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi, giải quyết cho vừa với sức học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết thì hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành được yêu cầu của một bước, sau đó tiếp tục yêu cầu học sinh tự lực tìm tòi giải quyết bước tiếp theo Nếu cần thì giáo viên lại giúp đỡ thêm Cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài toán của học sinh, nhằm giúp cho học sinh tự giải được bài toán đã cho, đồng thời dạy cho học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải bài toán Kiểu hướng dẫn này có ưu điểm là kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu:

- Rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình giải bài toán vật lí

- Đảm bảo cho học sinh giải được bài toán đã cho

Tuy nhiên, sự hướng dẫn như vậy đòi hỏi phải theo sát tiến trình dạy học giải bài toán của học sinh Không thể chỉ dựa vào những lời hướng dẫn

có thể soạn sẵn, mà phải kết hợp được việc định hướng với việc kiểm tra kết quả hoạt động của học sinh để điều chỉnh sự giúp đỡ thích ứng với trình

độ học sinh

1.2.4.2 Các bước chung của việc giải bài tập vật lý

Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa

học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết

Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng suy luận lôgic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch

Bài tập vật lý rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú Tuy nhiên, có thể vạch ra một dàn bài chung gồm những bước chính sau:

Bước Tìm hiểu đề bài

Bước này bao gồm việc xác định ý nghĩa vật lý của các thuật ngữ, phân biệt đâu là ẩn số, đâu là dữ kiện Trong rất nhiều trường hợp, ngôn ngữ trong đầu bài không hoàn toàn trùng với ngôn ngữ dùng trong lời phát biểu các định nghĩa, các định luật vật lý

Với những bài tập tính toán, sau khi tìm hiểu đầu bài, cần dùng các ký hiệu để tóm tắt đầu bài cho gọn

Trong trường hợp cần thiết, phải vẽ hình để diễn đạt những điều kiện của đề bài Nhiều khi hình vẽ giúp học sinh dễ nhận biết diễn biến của hiện tượng, mối quan hệ giữa các đại lượng vật lý

Bước 2 Phân tích hiện tượng

Trước hết là nhận biết những dữ kiện cho trong đâu bài có liên quan đến những khái niệm nào,hiện tượng nào, quy tắc nào, định luật nào trong vật

lý Xác định các giai đoạn diễn biến của hiện tượng nêu trong đầu bài, mỗi

giai đoạn bị chi phối bởi những đặc tính nào, định luật nào Cần phải hình dung rõ toàn bộ diễn biến của hiện tượng và các định luật chi phối nó trước khi xây dựng bài giải cụ thể Có như vậy mới hiểu rõ được bản chất của hiện tượng, tránh được sự mò mẫm, máy móc áp dụng các công thức

Bước 3 Xây dựng lập luận

Bước này là tìm các quan hệ giữa ẩn số phải tìm với các dữ kiện đã cho Đối với bài toán tổng hợp phức tạp có hai phương pháp lập luận để giải: phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp

Theo phương pháp phân tích thì xuất phát từ ẩn số của bài tập , tìm ra mối liên hệ giữa ẩn số đó với một đại lượng nào đó theo một định luật đã xác định ở bước 2, diễn đạt bằng một công thức có chứa ẩn số Sau đó, tiếp tục phát triển lập luận hoặc biến đổi công thức này theo các dữ kiện đã cho Cuối cùng, tìm được một công thức chỉ chứa mối mối quan hệ giữa ẩn số với các dữ kiện đã cho

Theo phương pháp tổng hợp thì phải trình tự làm ngược lại: Điểm xuất phát không phải từ ẩn mà từ những dữ kiện của đầu bài, xây dựng lập luận hoặc biến đổi các công thức diễn đạt mối quan hệ diễn đạt mối quan hệ giữa các giữ kiện đã cho với các đại lượng khác để tiến dần đến công thức cuối cùng có chứa ẩn số và các dữ kiện đã cho

Cả hai phương pháp trên có giá trị, nhiều khi chúng bổ sung cho nhau Tuy nhiên, trong giai đoạn đầu của quá trình vận dụng kiến thức để giải bài tập thi phương pháp phân tích dễ thực hiện hơn đối với học sinh vì mục tiêu của lập rõ ràng hơn

d Biện luận

Trong bước này, ta phải phân tích các kết quả cuối cùng để loại bỏ những kết quả không phù hợp với đầu bài tập hoặc không phù hợp với thực tế Việc biện luận này cũng là một cách để kiếm tra sự đúng đắn của

quá trình lập luận Đôi khi nhờ sự biện luận này mà học sinh có thể tự phát hiện ra nhưng sai lầm của quá trình lập luận

Việc giải tất cả các loại bài tập đều phải trải qua bước 1 và bước 2 để không rơi vào sự mò mẫm, quanh co trong các bước giải sau Tuy nhiên việc xây dựng lập luận có thể có những nét khác nhau

1.2.5 Lựa chọn và sử dụng bài tập trong dạy học vật lý

1.2.5.1 Lựa chọn bài tập

Trong dạy học bất cứ một đề tài nào, giáo viên cần phải lựa chọn một

hệ thống bài tập thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Các bài tập phải đi từ dễ đến khó, từ đơn giản đến phức tạp (phạm vi

và số lượng các kiến thức, kỹ năng cần vận dụng từ một đề tài đến nhiều đề tài,

số lượng các đại lượng cho biết và các đại lượng phải tìm…) giúp cho học sinh nắm được phương pháp giải bài tập điển hình

- Mỗi bài tập phải là một mắt xích trong hệ thống bài tập, đóng góp một phần nào đó vào việc củng cố hoàn thiện và mở rộng kiến thức

- Hệ thống bài tập cần bao gồm nhiều thể loại bài tập.Đặc biệt chú đến sự phân hóa học sinh Cá biệt hóa học sinh trong việc giải bài tập vật

lý, thông qua các biện pháp sau:

+ Biến đổi mức độ yêu cầu của bài tập ra cho các loại đối tượng học sinh khác nhau, thể hiện ở mức độ trừu tượng của đầu bài, loại vấn đề cần giải quyết, phạm vi và tính phức hợp của các số liệu cần xử lý, loại và số lượng thao tác tư duy logic và các phép biến đổi toán học cần sử dụng, phạm vi và mức độ các kiến thức, kỹ năng cần huy động

+ Biến đổi mức độ yêu cầu về số lượng bài tập cần giải, về mức độ

tự lực của học sinh trong quá trình giải bài tập

1.2.5.2 Sử dụng hệ thống bài tập

Trong dạy học từng đề tài cụ thể, giáo viên phải dự kiến chi tiết kế hoạch sử dụng hệ thống bài tập đã lựa chọn (theo bảng 1.1)

- Các bài tập đã lựa chọn có thể sử dụng ở các khâu khác nhau của quá trình dạy học: nêu vấn đề, hình thành kiến thức mới củng cố, hệ thống hóa, kiểm tra và đánh giá kiến thức, kỹ năng của học sinh

Bảng 1.1: kế hoạch sử dụng bài tâp

Hình thành kiến thức mới

Củng cố

Lực đàn hồi Bài 1… Bài 2… Bài 3,4,5 Bài 4,5

11,12,13

Bài 11,13

- Trong tiến trình dạy học một đề tài cụ thể, việc giải hệ thống bài tập

mà giáo viên đã lựa chọn của học sinh thường bắt đầu bằng những bài tập định tính hay những bài tập tập dượt Sau đó, học sinh sẽ giải những bài tập tính toán, bài tập đồ thị, bài tập thí nghiệm có nội dung phức tạp hơn Việc giải những bài tập tính toán tổng hợp, những bài tập có nội dung kỹ thuật với dữ kiện không đầy đủ, những bài tập sáng tạo có thể coi là sự kết thúc việc giải hệ thống bài tập đã được lựa chọn cho đề tài

1.3 Vai trò của công nghệ thông tin (CNTT) trong dạy học

- CNTT có vai trò luôn đóng vai trò quan trọng trong quá trình giảng dạy:

- CNTT với vai trò là phương tiện dạy học

- CNTT với vai trò là thiết bị, công cụ hỗ trợ giảng dạy

Chúng ta sử dụng CNTT như một công cụ trong dạy học, nhằm phát huy tính tích cực trong dạy học Mỗi phương pháp, cách thức dạy học dù

tốt đến đâu nó cũng có lúc bộc lộ những nhược điểm của nó, do đó chúng

ta cần phát huy các ưu điểm của từng phương pháp và tìm cách, hạn chế, khắc phục các nhược điểm của chúng Khi chúng ta sử CNTT trong dạy học sẽ có cơ hội khai thác được nhiều ưu điểm của nó:

- Những bài giảng của GV khi chuẩn bị một lần, công phu sẽ được

sử dụng nhiều lần, những lần khác nếu có chỉnh sửa thì thời gian cũng được rút ngắn

- GV có thể sử dụng các phần mền hữu ích đối với từng môn, từng chương trình dạy, phù hợp với từng loại đối tượng Nhất là trong dạy học vật lý, thì việc hỗ trợ của CNTT càng rõ hơn Mô phỏng các đối tượng nghiên cứu của vật lý nhờ CNTT theo quan điểm của lý luận dạy học hiện đại là một phương pháp dạy học Nó xuất phát từ các tiền đề hay các kết luận lý thuyết (các phương trình hay các nguyên lý vật lý) được viết dưới dạng tính toán trên mô hình nhờ máy vi tính để giải quyết các nhiệm vụ sau: Mô phỏng, minh họa một cách trực quan và chính xác các hiện tượng, quá trình vật lý cần nghiên cứu.Mô phỏng các hiện tượng quá trình vật lý,

để qua đó tìm ra các kiến thức mới (mối quan hệ, quy luật mới…) bằng con đường nhận thức lý thuyết

GV sử dụng phần mền để thiết kế, tiến hành, trình diễn các thí nghiệm ảo, qua đó GV phát huy được tính tích cực, chủ động của HS, giúp cho HS học tập theo khả năng của mình

- PTDH hiện đại còn giúp GV tiến hành bài giảng của mình một cách linh hoạt, sinh động, phong phú hơn, mang tính thời sự hơn

- Với sự hỗ trợ của các PTDH hiện đại, các bài giảng khó đối với GV

sẽ dễ dàng hơn, đặc biệt là với các bài giảng có các thí nghiệm trên thực tế khó thực hiện và thời gian thực hiện lâu

- Với các PTDH hiện đại hỗ trợ trong quá trình dạy học thì khắc phục được tính thụ động vốn đã ăn sâu vào tâm trí của HS Giúp HS có nhiều thời gian nghe giảng, nhiều thời gian tự thực hành, trao đổi…

- Cùng với sự hỗ trợ của các PTDH như: phần mềm dạy học, các PTDH hiện đại một cách hợp lý sẽ mang lại hiệu quả cao, vì khi sử dụng các phương tiện đó sẽ làm cho bài giảng trở nên sinh động hơn, HS được giảm bớt phần lớn thời gian ghi chép,… mà thay vào đó là HS có điều kiện tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn, nhiều thời gian dành cho việc trao đổi giữa

GV với HS, giữa HS với HS Giúp HS rèn luyện khả năng làm việc theo nhóm, khả năng phân tích và giải quyết vấn đề

- Ứng dụng CNTT vào dạy học thì PPDH cũng thay đổi sao cho phù hợp Khi đó, GV là người hướng dẫn HS trong quá trình học, GV không đơn thuần là người truyền thụ thông tin một chiều, theo cách thụ động như trước đây Để quá trình ứng dụng CNTT vào DH một cách có hiệu quả thì người GV phải luôn luôn bồi dưỡng nâng cao trình độ chuyên môn cũng như trình độ về CNTT

- Dạy học có ứng dụng CNTT thì người GV không chỉ biết về CNTT

mà còn phải là người hướng dẫn cho HS cách ứng dụng CNTT để tự khai thác, tìm kiếm thông tin, lọc lựa thông tin nhằm hỗ trợ cho quá trình học tập

- Ứng dụng CNTT vào DH không những không làm giảm vai trò của

GV mà trái lại vai trò của người GV được phát huy một cách tích cực, hiệu quả: người GV phải luôn luôn bồi dưỡng kiến thức, cập nhật thông tin thì mới

có khả năng hướng dẫn cho HS tiến hành quá trình học một cách hiệu quả

Bên cạnh những mặt ưu điểm nổi trội của việc ứng dụng CNTT vào

DH thì cũng có những nhược điểm cần khắc phục:

- Trong quá trình dạy học trên máy tính chúng ta nếu không cẩn thận

sẽ chỉ dạy cho HS cách bấm chuột vì HS chỉ cần chọn câu trả lời đúng, sai

có sẵn và điền vào ô trống mà GV không biết HS có hiểu bài không, không biết nguyên nhân sai ở đâu để khắc phục, chỉnh sửa, bởi có nhiều HS chọn câu trả lời theo cảm tính Để khắc phục tình trạng này GV yêu cầu HS trình bày lời giải của mình một cách logic

Khi HS tự tìm kiếm kiến thức phục vụ cho bài học sẽ mất nhiều thời gian, do đó GV cần chuẩn bị thật kỹ các phương án có thể xảy ra và tài liệu cần thiết phục vụ cho bài học và hướng dẫn HS tìm lọc tài liệu ở các nguồn khác nhau (khai thác từ sách tham khảo, từ mạng internet, từ bạn bè,…)

Ứng dụng CNTT trong DH không chỉ giúp người GV có khả năng đưa ra nhiều phương pháp dạy học, nhiều phương án giải quyết phù hợp với các đối tượng HS ở thành thị cũng như nông thôn, phù hợp với điều kiện dạy và học của đại đa số các trường học trên địa bàn cả nước

1.4 Giới thiệu phần mềm toán học Mathematica

1.4.1 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

1.4.2 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

Det[A] = 8

7 4

1 8 1

4

1 2

1 4 1

1.4.2.3 Phép tính bằng ký hiệu

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

Ví dụ : Tính nguyên hàm dx

) 1 x ( x

1 x 2

Ta dùng lệnh: Integrate[(x-1)/x*(x+1)^2,x]

Kết quả: -x+x2

/2+x3/3-Log[x] + C Hoặc giải phương trình

1.4.2.4.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 1.3:

a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a))

a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a)) (3+a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a))) (6+a (1+a) (2+a) (2+a (1+a)

(2+a)) (4+a (1+a) (2+a)))

1.4.2.6 Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học

Ta xét sự tương quan giữa các biểu thức toán học và phương pháp biểu diễn chúng trong Mathematica

Phần cơ bản của Mathematica bao gồm các quy luật biến đổi Các quy luật này làm rõ các biểu thức từ một dạng bất kì được chuyển qua dạng khác như thế nào Các quy luật biến đổi là dạng tự nhiên nhằm biểu thị các mối quan hệ toán học Ví dụ một vài biểu thức toán học được dùng trong Mathematica

Dạng toán học Biểu diễn trong Mathematica

1.4.2.7 Mathematica là môi trường tính toán

Mathematica cho phép ta thiết lập, chạy, soạn thảo các phép tính toán Mathematica có hai bộ phận chính: Nhân (kernel) được dùng để soạn thỏa các tính toán và «font end» là bộ phận giao diện với người sử dụng, dùng để đưa các số liệu vào cũng như hiển thị kết quả ra màn hình Nhân hoạt động như nhau trên mọi máy tính

Có phần giao diện của Mathematica cho phép ta ghi lại các dữ liệu, gọi

là notebooks Trong các notebooks có thể đồng thời chứa văn bản, đồ thị Mathematica còn cung cấp bảng lệnh khi ấn vào (Pallettes) màn hình thì bảng lệnh hiện ra, bảng lệnh này giúp ta thuận tiện trong quá trình lập trình

^ x 3

1.4.2.8 Mathematica là công cụ trong môi trường tính toán chuẩn

Mathematíca giao diện với nhiều yếu tố của môi trường tính toán chuẩn Với các máy tính với hệ điều hành UNIX, Mathematica có thể liên hệ với các chương trình ngoài qua các kênh Ta có thể định dạng dữ kiện lối ra của Mathematica đúng như dạng lối vào cuả nhiều loại ngôn ngữ khác

Để hủy chương trình hay lệnh nào đó đang chạy thì ta ấn tổ hợp phím (ALT +) Để thoát khỏi Mathematica thì chúng ta cũng tiến hành thoát như các cửa sổ làm việc khác (ALT + F4, Ctrl + F4, ) khi đó Mathematica hỏi bạn muốn ghi lại ”Save” hay không ghi lại ”Don’t save” hoặc muốn tiếp tục làm việc trên Mathematica thì ấn ”Cancel”

Để thuận tiện ta có thể dùng các File trong Mathematica, chúng có phầm mở rộng là m Một số lệnh sử dụng File

Save[ « baitap » x1, x2,… ] Ghi lại các biến x1, x2,… vào file

baitap