các ứng dụng tiêu biểu của Maple trong giảng dạy

Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn MỤC LỤC - MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẤU NỘI DUNG I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC VỀ MAPLE II CÁC TÍNH NĂNG CƠ BẢN CỦA MAPLE III SỬ DỤNG MAPLE TRONG DẠY-HỌC TOÁN Ở ĐẠI HỌC TRONG DẠY HỌC TƯƠNG TÁC Ở ĐẠI HỌC SỬ DỤNG MAPLE HỖ TRỢ TRONG QUÁ TRÌNH DẠY HỌC TRUYỀN THỐNG SỬ DỤNG MAPLE NHƯ MỘT PHƯƠNG TIỆN MINH HỌA CÁC KHÁI NIỆM TỐN HỌC VÀ ĐỐI TƯỢNG HÌNH HỌC 5 SỬ DỤNG MAPLE ĐỂ DỰ ĐOÁN CÁC KẾT QUẢ TOÁN HỌC 6 MAPLE HỖ TRỢ GIÁO VIÊN TRONG CÁC HOẠT ĐỘNG GIẢNG DẠY KHÁC DÙNG MAPLE ĐỂ TÌM VÀ SOẠN HỆ THỐNG BÀI TẬP, ĐỀ THI THEO Ý MUỐN IV GIỚI THIỆU CÁC ỨNG DỤNG TIÊU BIỂU CỦA MAPLE TRONG GIẢNG DẠY 1.ỨNG DỤNG MAPLE SOẠN GIÁO ÁN 3.ỨNG DỤNG MAPLE TẠO THƯ VIỆN CÁC BÀI TOÁN MẪU 16 4.GIỚI THIỆU MỘT SỐ HÀM TỰ TẠO 20 5.TẠO PHẦN HELP BẰNG TIẾNG VIỆT 22 V GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH “WEB - ỨNG DỤNG MAPLE TRONG DẠY HỌC TƯƠNG TÁC” 23 1.HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH 25 2.GIAO DIỆN CHƯƠNG TRÌNH 26 GIÁO VIÊN CĨ THỂ MỞ HAY THU GỌN CÁC ĐỀ MỤC KHI GIẢNG BÀI ĐỂ ĐẠT HIỆU QỦA KHI TRUYỀN ĐẠT KIẾN THỨC .30 VÍ DỤ: CLICK CHỌN VUI HỌC HÌNH GIẢI TÍCH .34 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO .47 HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn LỜI MỞ ĐẤU - “Dạy học tương tác” xu hướng giáo dục Hình thức “Dạy học tương tác” mang đến cho người học môi trường lý tưởng để kiến tạo tự chiếm lĩnh kiến thức thông qua họat động thiết kế người dạy Thực tế, qúa trình dạy học, người học vừa đối tượng hoạt động dạy, lại vừa chủ thể hoạt động học Trong q trình học, người học có điều kiện phát triển mạnh mẽ tính chủ động, tư sáng tạo kỹ sử dụng công cụ đại khoa học cơng nghệ, để đáp ứng mục đích đào tạo nhu cầu thực tế Để đạt hiệu giảng dạy cao ta cần lưu ý việc chọn lựa phần mềm thích hợp “Dạy học tương tác” cho phù hợp với mục tiêu, nội dung đối tượng dạy học Trong hình thức “Dạy học tương tác”, việc sử dụng phần mềm phòng học đa chức multimedia có nối mạng internet mạng nội trường học cho thấy có nhiều ưu điểm tạo hứng thú người học Đặc biệt, kết hợp với hình thức seminar thực tiểu luận theo nhóm, “Dạy học tương tác” tạo hứng thú học tập nâng cao chất lượng giảng dạy Maple phần mềm với tính “nổi trội” áp dụng hiệu giảng dạy Toán môn khoa hoc tự nhiên Đặc biệt, kết hợp với môi trường ““Dạy học tương tác”” cịn phát huy tác dụng Vì thế, vận dụng kiến thức mơn học Lập trình Symbolic, em thực đề tài “Thiết Kế Web Ứng Dụng Phần Mềm Maple Trong Dạy Học Tương Tác” với mong muốn hiểu rõ thêm mơn học áp dụng chương trình vào phịng multimedia để hổ trợ việc ôn tập, mở rộng nâng cao kiến thức cho đối tượng người học nâng cao hiệu giảng dạy người dạy theo xu hướng hội nhập với khu vực giới Thông qua thu hoạch, em xin gửi lời cảm ơn đến Phó Giáo sư - Tiến sỹ Đỗ Văn Nhơn Với kiến thức sâu rộng, nhiệt tình, cách giảng giải rõ ràng, sinh động, thầy tận tâm truyền đạt kiến thức tảng cho chúng em mơn học “Lập trình symbolic” giúp em thấy rõ ứng dụng môn học nhiều lĩnh vực đặc biệt lĩnh vực giáo dục! HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn NỘI DUNG - I Giới thiệu sơ lược Maple Maple hệ thống tính tốn biểu thức đại số minh họa hình học mạnh mẽ cơng ty Warterloo Maple Inc (http://www.maplesoft.com), đời năm 1991, phát triển đến phiên 16 Maple “chạy” tất hệ điều hành Từ phiên 7, Maple cung cấp ngày nhiều công cụ trực quan, gói lệnh (package) tự học gắn liền với tốn phổ thơng đại học Ưu điểm khiến ngày có nhiều nước giới lựa chọn sử dụng Maple dạy-học toán tương tác để đáp ứng nhu cầu thực tiễn phát triển giáo dục II Các tính Maple - Là hệ thống tính tốn biểu thức đại số - Có thể thực hầu hết phép tốn chương trình tốn học phổ thơng đại học - Cung cấp cơng cụ minh họa hình học thuận tiện như: Vẽ đồ thị tĩnh động đường, mặt cho hàm tùy ý nhiều hệ trục tọa độ khác - Ngôn ngữ lập trình đơn giản mạnh mẽ có khả tương tác với ngôn ngữ khác Latex, Word, HTML, - Một công cụ biên soạn giáo án giảng điện tử, thích hợp với lớp học tương tác trực tiếp - Một chương trình trợ giúp hiệu cho giảng viên sinh viên việc dạy học III Sử dụng Maple dạy-học toán đại học Trong dạy học tương tác đại học - Tùy thuộc vào mục đích, nội dung phương tiện dạy học, nêu hình thức mức độ sau đây: + Dạy lớp học trang bị multimedia môn học, chương HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn nội dung cụ thể + Chỉ dùng lớp học trang bị multimedia thực hành kết hợp với học lý thuyết phương pháp dạy học khác + Giáo viên dùng máy tính kết nối với LCD hay máy chiếu để thực số thao tác giảng Sinh viên thực hành phịng máy tính tốn theo hướng dẫn giáo viên Sử dụng Maple hỗ trợ trình dạy học truyền thống Package Student hỗ trợ cho việc dạy học tốn.Từ Maple 8, gói lệnh (package) Student phát triển thêm hỗ trợ đắc lực cho việc dạy học tốn đại học phổ thơng Khai thác khả gói lệnh đem đến cho giáo viên nhiều công cụ hỗ trợ phương pháp dạy học Có thể nói gói lệnh đề cập đến tất nội dung tốn học đại học phổ thơng, cung cấp nhiều lệnh thủ tục cho phép tốn algorithm xuất chương trình giảng dạy, cung cấp nhiều công cụ tương tác dạng Maplet hỗ trợ thao tác bước cho người sử dụng • Gói lệnh Student có gói lệnh Calculus1, LinearAlgebra Precalculus Để load gói lệnh, ta thực hiện: with(Student[Precalculus]): • Gói lệnh Calculus1 gói lệnh quan trọng Student Nó chứa công cụ hỗ trợ từ hướng dẫn thực phép tính vi tích phân khảo sát vẽ đồ thị hàm; từ việc minh họa vẽ tiếp tuyến đường cong việc tính diện tích, thể tích mặt trịn xoay,v.v Ví dụ: Tích tích phân > with(Student[Calculus1]): IntTutor() Sau nhấn Enter, cửa sổ Maplet ra, cho phép ta nhập hàm khoảng cần tính tích phân (nếu tích phân xác định) Maplet giúp đưa biến đổi bước cho tốn tính phân tính kết cuối HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Sử dụng Maple phương tiện minh họa khái niệm toán học đối tượng hình học Ví dụ: Minh họa hình ảnh tự nhiên đường conic giao tuyến mặt nón mặt phẳng cắt > with(plots): >animate(plot3d,[y/3-10,x=20 t,y=20 t,color=red,style=PATCHNOGRID],t=18 17,axes=fr amed,background=plot3d([z*cos(t),z*sin(t),z],z=-20 0,t=Pi Pi)); Sử dụng Maple để hình thành khái niệm tốn học Ví dụ: Khái niệm tích phân xác định ý nghĩa hình học > with(plots):with(student): > f:=x->x-2*sin(x); f := x → x − sin( ) >display(seq(middlebox(f(x),x=2 2,SoHinh),SoHinh=6 80),insequence=true); HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Khi ta Click chuột hình vẽ, cơng cụ xuất điều khiển hình vẽ Click chuột điều khiển, số hình chữ nhật tổng Riemann tăng từ lên 80 phủ kín phần mặt giới hạn đường cong Sử dụng Maple để dự đoán kết toán học Ví dụ: dãy hội tụ khơng hội tụ > pointplot([seq([n,sin(n)/(n+1)],n=1 150)],color=blue); - >pointplot([seq([n,abs(sin(n)+1/n)^(sqrt(n))],n=1 1000)],c olor=blue); HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Maple hỗ trợ giáo viên hoạt động giảng dạy khác Dùng Maple để tìm soạn hệ thống tập, đề thi theo ý muốn - Kiểm tra kết tốn tính tốn để dự đốn chứng minh (ví dụ tốn giải phương trình, phân tích rút gọn đa ythức, phân thức ) - Soạn giáo án, vẽ đồ thị xác phục vụ giảng dạy sinh hoạt chuyên môn; viết báo cáo khoa học - Công cụ hỗ trợ bồi dưỡng học sinh giỏi nghiên cứu khoa học - Là nguồn liệu phong phú để lựa chọn kịch lên lớp - Maple nguồn mở, cho phép người dùng dễ dàng tạo lệnh chương trình cho riêng module lệnh có sẵn ráp nối lệnh đơn giản IV Giới thiệu ứng dụng tiêu biểu Maple giảng dạy Ứng dụng Maple soạn giáo án Khi ta dùng Maple để soạn giáo án để giảng dạy có ưu điểm nhược điểm sau: HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn MINH HỌA VIỆC SOẠN MỘT GIÁO ÁN VỚI PHẦN MỀM MAPLE - - - HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn - HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn - HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 10 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Ví dụ: Click chọn Trắc nghiệm mẫu câu HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 33 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Ví dụ: Click chọn Vui Học Hình Giải Tích Giao Diện Trang Hệ Tra Cứu Kiến Thức Toán THCS HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 34 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Click chọn link Tra cứu kiến thức Toán THCS ta có Form sau: Đối tượng Loại Chức Các checkbox có chức xử lý Nhóm checkbox việc liệt kê kiến thức theo loại, chọn chương trình xử lý liệt kê kiến thức theo loại tương ứng vào đối tượng Dùng để nhập kiến thức cần tìm kiếm Textbox Button Richtextbox đối tượng (2) người dùng click vào Vùng thể nội dung kiến thức Button Xử lý tìm kiếm kiến thức liên quan bất HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng vào Xử lý tìm kiếm nội dung kiến thức Trang 35 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic TreeView  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn kỳ đối tượng bôi đen Liệt kê nội dung kiến thức dạng chương mục sách giáo - Treeview khoa Liệt kê kiến thức liên quan đến Button kiến thức người sử dụng tra cứu Xử lý tìm kiếm kiến thức theo lớp Để chương trình truy xuất liệu xác, trước chạy chương trình phải mở SQL Sever (phiên Express hay Developer được), Attatch Database TRACUUTOANLOP89.MDF vào chương trình sau: HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 36 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Ví dụ: Tra cứu kiến thức “đa giác” kiến thức liên quan liệt kê HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 37 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic -  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Tra cứu kiến thức tùy yêu cầu nội dung Richtextbox Kiến thức cần tra cứu tab Kiến thức cần tìm Giao Diện Trang Hệ Hổ Trợ Giải Bài Tập HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 38 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Click chọn link Hệ Hổ Trợ Giải Bài Tập vận dụng mô hình COKB ta có form sau: HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 39 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Click chọn nút Hướng dẫn sử dụng để xem phần hướng dẫn sử dụng chương trình  Chọn để từ giao diện vào giao diện tính tốn chương trình  Chọn để khỏi chương trình Khi Click chuột vào biểu tượng bắt đầu chuyển sang giao diện tính tốn chương trình: Vùng khai báo đối tượng tốn Vùng trình bào giả thiết điểu kiện ban đầu toán Vùng hiển thị lời giải toán theo bước Vùng hiển thị đềPhần kết luận tốn dạng ngơn ngữ tự nhiên Có thể nhập tốn trực tiếp vào textbox hình chọn tốn mẫu lưu file text Các toán mẫu lưu thư mục Debai dạng toán  HHGT2d\HHGT2d\Package\AnalyticGeometry\Debai: lưu tập mẫu dạng hình học giải tích chiều  HHGT2d\HHGT2d\Package\VectorAlgebra\Debai: lưu tập mẫu dạng đại số vecto Chọn để từ giao diện tính tốn giao diện HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 40 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic Chọn  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn để mở hộp thoại để chọn tập tin chứa đề tập Chọn để hiển thị lời giải cho tập Lưu ý: nơi hiển thị lời giải hiển thị đề không hiển thị hình ảnh trực quan ký hiệu tốn học mà chữ tắt khởi động lại chương trình  Click nút để mở hộp thoại để chọn tập tin chứa đề tập thư mục Package gồm phần đại số Vecto (rút gọn, chứng minh…) hình học giải tích (đường thẳng, mặt phẳng, elip….) Ví dụ: Chọn đề thư mục Đường Thẳng  Click nút để xem “đề viết theo ngôn ngữ tự nhiên, HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 41 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  Click nút  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn để hiển thị lời giải cho tập Người học tự nhập đề vào chương trình lưu ý phải nhập quy đinh biểu diễn tri thức ký hiệu quy định khơng chương trình báo lỗi Ví dụ: Vecto[A,B] + Vecto[C,D] = 2*Vecto[K,J] >đúng Vecto[A,B] + Vecto[C,D] = 2Vecto[K,J] >sai HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 42 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Giao Diện Trang Giáo Trình Và Tài Liệu Tham Khảo Về Maple HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 43 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Click tiêu đề tài liệu cần xem Ví dụ: Click mở xem Sử dụng Maple để học tốn - Với giáo trình tài liệu Maple hướng dẫn chi tiết, người học sử dụng dạng E-Book để tự học Đây hình thức học tập sử dụng rộng rãi Khi cần xem Help (Hướng dẫn) cập nhật phiên Maple, Click vào địa trang chủ Maple để cập nhật HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 44 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn Trang 45 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn KẾT LUẬN - Mỗi ngôn ngữ lập trình có đặc tính ứng dụng riêng thích hợp cho vài nghiên cứu cụ thể Đặc biệt Maple giúp sinh viên giảng viên, nhà nghiên cứu phân tích, khảo sát, mơ giải vấn đề toán học Maple ứng dụng nhiều lĩnh vực như: mơ hình hóa vấn đề tài chính, phân tích thống kê, vật lý, thiết kế điều khiển, lập trình tính tốn đa tuyến, lập trình xử lý đa nhân, tính tốn song song Chính nhờ thư viện hàm tốn học tích hợp đầy đủ Maple giúp sinh viên tiếp cận giải tốn phát sinh q trình học tập nghiên cứu khoa học Có thề nói “Maple công cụ tuyệt vời hỗ trợ cho việc học tập nghiên cứu tốn học” Với Maple bạn thực từ phép toán đơn giản nhất, sơ cấp tính tốn phức tạp - Không dừng lại việc hỗ trợ tính tốn, Maple cịn có khả lập trình Ở phương diện này, xem Maple ngơn ngữ lập trình tạo chương trình gói (package) để tái sử dụng - Một tính hay bật Maple kết nối với ngôn ngữ chủ (host language) VB6.0, VB.Net, Java, C#…Khả đặc biệt Maple giúp thực phần mềm (tính tốn, hỗ trợ dạy học tốn…) đuợc viết mã ngơn ngữ chủ liên kết với Maple để thực tác vụ tốn học phức tạp mà địi hỏi kỹ lập trình thiết kế giao diện Tóm lại, việc sử dụng Maple dạy học mang lại hiệu định Đặc biệt, vận dụng Maple kết hợp với Web để dạy học tương tác đánh giá cao, “gây hứng thú” cho người dạy người học, giúp người học tiếp cận kiến thức tốn học mơn khoa học tự nhiên thật “trực quan, sinh động hấp dẫn”! HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 46 Bài Thu Hoạch Lập Trình Symbolic  GVHD: PGS-TS Đỗ Văn Nhơn TÀI LIỆU THAM KHẢO - Bài Giàng Lập Trình Symbolic Phó Giáo Sư – Tiến Sỹ Đỗ Văn Nhơn Bài Giàng Biểu Diễn Tri Thức Và Ứng Dụng Phó Giáo Sư – Tiến Sỹ TS Đỗ Văn Nhơn System Supports Studying Knowledge andSolving Analytic Geometry Problems Nhon Van Do - United Nations University - International Institute for Software Technology Mở rộng phát triển mơ hình đối tượng tính tốn Hồng Kiếm – Đỗ Văn Nhơn – Đại Học Quốc Gia – ĐHCNTT Sử dụng Maple để dạy - học toán mơi trường tương tác Nguyễn Chánh Tú (Khoa Tốn, ĐHSP Huế) Tính tốn, lập trình giảng dạy tốn học Maple Phạm Huy Điền - NXB KH KT, 2002 Sử dụng phần mềm maple vào hướng dẫn sinh viên tự học học phần phép tính vi phân tích phân hàm nhiều biến số Thạc sỹ: Nguyễn Văn Kiếm CĐSP Quảng Trị Khám Phá Maple – Đỗ Nam Long Tài liệu bồi dưỡng Maple cho Giáo Viên dạy Toán Nguyễn Ngọc Trung – ĐHSP TP HCM 10 Waterloo Maple, Maple 9, Learning Guide, 2004 Waterloo Maple, Maple 7, Programming Guide, 2004 11 Trang web tham khảo http://www.maplesoft.com/products/maple/ HVTH: Nguyễn Thị Kim Phượng Trang 47 ... có sẵn ráp nối lệnh đơn giản IV Giới thiệu ứng dụng tiêu biểu Maple giảng dạy Ứng dụng Maple soạn giáo án Khi ta dùng Maple để soạn giáo án để giảng dạy có ưu điểm nhược điểm sau: HVTH: Nguyễn... ? ?Dạy học tương tác” tạo hứng thú học tập nâng cao chất lượng giảng dạy Maple phần mềm với tính “nổi trội” áp dụng hiệu giảng dạy Tốn mơn khoa hoc tự nhiên Đặc biệt, kết hợp với môi trường “? ?Dạy. .. soạn giáo án giảng điện tử, thích hợp với lớp học tương tác trực tiếp - Một chương trình trợ giúp hiệu cho giảng viên sinh viên việc dạy học III Sử dụng Maple dạy- học toán đại học Trong dạy học tương