TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC THÁI VĂN DẦN THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG Chuyên ng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

THÁI VĂN DẦN

THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG

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

Mã số: 60 14 10

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

SƯ PHẠM VẬT LÝ

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

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

Phản biện 1: TS Phạm Kim Chung Phản biện 2: TS Dương Xuân Quý

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại

Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN Vào hồi 14 giờ 30 ngày 19 tháng 01 năm 2014

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin – Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Ngày nay, đứng trước những xu thế phát triển trên thếgiới, đất nước ta đòi hỏi cần từng bước hoàn thành cuộc cáchmạng công nghiệp hóa và hiện đại hóa Đẩy mạnh phát triểnkinh tế, xã hội và hội nhập với thế giới, hơn lúc nào hết ngànhgiáo dục và đào tạo đang được Đảng và Nhà nước hết sứcquan tâm, chú trọng Với mục tiêu cung cấp nguồn nhân lực,đội ngũ những người lao động, những cán bộ khoa học kỹthuật có trình độ kỹ thuật cao, có năng lực và tư duy sáng tạo.Chính vì vậy giáo dục cần có những chiến lược phát triển mới

để phù hợp với xu thế của thời đại đáp ứng được nhu cầu của

xã hội trong tương lai

Ngành giáo dục và đào tạo đang đứng trước những nhiệm

vụ quan trọng của đất nước Trong thời gian gần đây ngành đãkhông ngừng đổi mới chương trình, sách giáo khoa về nộidung, phương pháp nhằm nâng cao chất lượng dạy và học.Trong đó việc đổi mới phương pháp giảng dạy đóng vai tròhết sức quan trọng, đổi mới theo tinh thần phát huy tính năngđộng, sáng tạo, tích cực, tự lực của người học và tăng cườngứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình giảng dạy trongnhà trường và đổi mới ở tất cả các cấp học, bậc học

Với sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin và khoahọc kĩ thuật trong giai đoạn hiện nay thì việc sử dụng nhữngứng dụng của công nghệ thông tin vào dạy học là rất cần thiết,góp phần không nhỏ trong việc đổi mới phương pháp giảngdạy, đem lại hiệu quả cao cho hoạt động giáo dục

Hiện nay các phần mềm hỗ trợ dạy học xuất hiện ngàycàng nhiều và đa dạng với tính năng cải tiến, dễ sử dụng nhưphần mềm Maltab, phần mềm Flash, phần mềm Crocodile,phần mềm Mathematical… Trong số đó phần mềm Matlab làphần mềm được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi hỗ trợ hiệuquả cho việc giảng dạy ở các trường đại học, cao đẳng, cáctrường trung học phổ thông Sử dụng Matlab như một công cụđắc lực, để mô phỏng các hiện tượng và tính toán các bài tập

Trong các trường cao đẳng và đại học không chuyên vềvật lý các môn Vật lý đại cương nằm trong khối kiến thức cơ

sở Vật lý học là môn khoa học thực nghiệm, phương phápnghiên cứu đặc thù của Vật Lý là phương pháp thực nghiệm.Khi giảng dạy vật lý ngoài kiến thức cần phải trang bị thêmcho sinh viên những kinh nghiệm về thực nghiệm Đổi mớiphương pháp dạy học Vật lý cần phải hướng vào việc tổ chứccho sinh viên hoạt động theo phương pháp thực nghiệm Trong

chương trình Vật lý đại cương, tôi nhận thấy chương “Sóngánh sáng” có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật và thực

tế đời sống Mặt khác, đây là một chương khó, nội dung kiếnthức trong chương được xây dựng từ hiện tượng quan sát đượctrong thực tế và từ thí nghiệm Các hiện tượng, thí nghiệmkhông phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ra những khókhăn trong việc giảng dạy, học tập của giáo viên và sinh viên

Do đó, gây ra những hạn chế không nhỏ cho sinh viên trongviệc nghiên cứu và vận dụng những kiến thức này để giảiquyết những vấn đề trong thực tế

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

chất lượng dạy và học Vật lý, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một

số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương

“Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng”

làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình

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 xâydựng 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 tậpphần Phóng xạ và phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12

nâng cao (Luận văn Thạc sỹ Nguyễn Văn Hiền)

- Thiết kế một số mô hình bằng phần mền Matlab để giảng

dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Nga)

Đối với việc giảng dạy ở THPT Luận văn Thạc sĩ củaNguyễn Thị Nga chưa đề cập tới vấn đề thực hành, chưa khaithác được thế mạnh của mô hình giao thoa và nhiễu xạ ánhsáng đã được xây dựng Luận văn này hoàn chỉnh và phát triểncác mô hình đã được Luận văn của Nguyễn Thị Nga xây dựng

để phù hợp với nội dung và yêu cầu giảng dạy cho sinh viêncao đẳng

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Nội dung một số bài học chương “Sóng ánh sáng” – Vật

lý đại cương dành cho hệ cao đẳng

- Phần mềm toán học Matlab

- Hoạt động của giáo viên và sinh viên khi dạy và học cáckiến thức về Sóng ánh sáng

5 Câu hỏi nghiên cứu

Thiết kế và sử dụng một số mô hình xây dựng bằng ngônngữ lập trình Matlab như thế nào để phát huy tính tích cựcnhận thức của sinh viên khi giảng dạy chương “Sóng ánhsáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng?

6 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế và sử dụng được một số mô hình xây dựngbằng phần mềm Matlab trong dạy học chương “Sóng ánhsáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng sẽ phát huyđược tính tích cực nhận thức của sinh viên

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 Vậtlý

- Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” –Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng.

- Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phầnmềm Matlab

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phươngpháp 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 líluận dạy học hiện đại theo hướng tích cực hóa hoạt động nhậnthức của học sinh

Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của

bộ môn vật lí đại cương ở trường cao đẳng hiện cụ thể chương

“Sóng ánh sáng”

Nghiên cứu phần mềm Matlab và những tài liệu liên quantrong việc thiết kế, mô phỏng các hiện tượng Sóng ánh sángphục vụ quá trình dạy học

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường Cao đẳng Côngnghệ và Kinh tế Công nghiệp có đối chứng để kiểm tra tínhkhả thi của luận văn, cụ thể là làm nổi bật vai trò của việc sửdụng các mô hình trong việc nâng cao nhận thức của sinh viêntrong các giờ học vật lí

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng hiệntượng vật lý, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụcông tác giảng dạy

- Phương pháp thống kê toán học

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

10 Cấu trúc luận văn

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

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Thiết kế một số mô hình bằng phần mềmMatlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” Vật lý đạicương dành cho hệ cao đẳng

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Cơ sở về phương pháp dạy học

1.1.1 Phương pháp dạy học

Phương pháp dạy học theo nghĩa chung nhất là những cáchthức tiến hành hoạt động dạy học Áp dụng vào quá trình dạyhọc hiện đại có thể nói phương pháp dạy học là hệ thốngnhững hành động có chủ đích theo một trình tự nhất định củagiáo viên, nhằm tổ chức hoạt động nhận thức và hoạt độngthực hành của học sinh nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nộidung dạy học và thực hiện mục đích dạy học Phương phápdạy học là tổng hợp các cách thức hoạt động phối hơp củagiáo viên - học sinh được thực hiện trong quá trình dạy học.Trong đó, cách thức hoạt động của giáo viên đóng vai trò chủđạo, cách thức hoạt động của học sinh đóng vai trò chủ độngnhằm 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 thuđược

1.1.2 Nhu cầu và xu hướng đổi mới phương pháp dạy học

Từ những yêu cầu nguồn nhân lực của xã hội ngày nay đòihỏi ngành giáo dục phải có định hướng chiến lược nhằm tăngcường chất lượng đào tạo thế hệ trẻ cho tương lai Trong đóviệc đổi mới phương pháp giảng dạy đóng vai trò hết sức quantrọng, đổi mới theo tinh thần phát huy tính năng động, sángtạo, tích cực, tự lực của người học và tăng cường ứng dụngcông nghệ thông tin vào quá trình giảng dạy trong nhà trường

1.1.3.2 Phương pháp dạy học tích cực

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 minhtrong 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, tạođiều kiện và người học là người thực hiện

1.1.3.3 Đặc trưng của phương pháp dạy học tích cực

Một là, Dạy học tăng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo thông qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của học sinh.

Hai là, dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự học của học sinh.

Ba là, dạy học phân hóa kết hợp với hợp tác

Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò.

Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò.

1.2 Tích cực hóa và các biện pháp tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý.

1.2.1 Tính tích cực1.2.2 Tích cực hoá hoạt động nhận

thức của học sinh trong dạy học vật lý.

1.2.3 Các biện pháp tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý.

1.3 Thực trạng của việc dạy và học Vật lý đại cương ở các trường cao đẳng hiện nay

1.4 Vai trò và ứng dụng của công nghệ thông tin trong dạy học

Ngày nay với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của côngnghệ thông tin, tất cả các lĩnh vực khoa học, kĩ thuật xã hội,đều được ứng dụng hiệu quả Sử dụng công nghệ thông tinvào giảng dạy giúp người giáo viên có nhiều phương án, thiết

bị, phương tiện dạy học để đổi mới phương pháp dạy họcnhằm tăng cường chất lượng bài học Đồng thời kích thíchhứng thú học tập của sinh viên

1.4.1 Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học

1.4.2 Ứng dụng của công nghệ thông tin trong dạy học

1.5 Phương pháp mô hình

Một hiện tượng vật lý xảy ra trong thực tế thường có rấtnhiều yếu tố không bản chất và nếu chúng ta gom tất cả cácyếu tố đó để giải quyết thì sự phân tích đưa đến những phứctạp vô vọng Để lí tưởng hóa hệ thống, chúng ta phải bỏ quacác yếu tố nhỏ và tập trung vào các đặc điểm quan trọng nhấtcủa hệ thống Chúng ta đánh giá và tạo mô hình với các vấn đềthông thường đủ để kiểm soát được, giữ lấy các đặc điểm thiếtyếu [6]

1.5.1 Các chức năng của mô hình

a) Mô tả sự vật, hiện tượng

b) Giải thích các sự kiện và hiện tượng có liên quan tới đốitượng

c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tượng mới

* Mô hình lý tưởng ( hay mô hình lý thuyết)

1.5.4 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

1.5.5 Ưu - nhược điểm của phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

1.6 Một vài nét về phần mềm Matlab

1.6.1 Matlab và đặc điểm của Matlab

Matlab là sản phẩm của công ty phần mềm MathWorkscủa Hoa Kỳ, có thể chạy được dưới nhiều hệ điều hành, trênnhiều loại máy tính, từ các máy vi tính đến các siêu máy tính

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

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

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

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

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

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

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

1.6.2 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab

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

Luận văn đã xây dựng một số mô hình dưới dạng đồ họavới 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 dạyhọc Mô hình thiết kế đã được dịch thành các ứng dụng độclập, trực quan, sinh động và có tính hệ thống…

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO

ĐẲNG 2.1 Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng.

2.2.1 Kiến thức

- Nêu được hiện tượng giao thoa sóng ánh sáng là gì

- Viết được phương trình hàm sóng ánh sáng

- Trình bày được một thí nghiệm về sự giao thoa ánh sáng

và nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sángbởi hai nguồn kết hợp giống nhau

- Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa

- Nêu được điều kiện để có cực đại giao thoa, cực tiểu giaothoa tại một điểm

- Nêu được ứng dụng của hiện tượng giao thoa để xác địnhbước sóng ánh sáng đơn sắc.

- Viết được công thức tính khoảng vân

- Nêu được hiện tượng nhiễu xạ là gì

- Nêu được nguyên lý Huyghens – Fresnel

- Trình bày được thí nghiệm về sự nhiễu xạ ánh sáng quamột khe hẹp, nhiều khe hẹp

- Xác định được bước sóng ánh sáng theo phương phápgiao thoa bằng thực nghiệm

2.3 Một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng.

2.3.1 Mô hình về nhiễu xạ ánh sáng

2.3.2 Mô hình về giao thoa ánh sáng

2.4 Thiết kế một số bài giảng dạy trong chương “Sóng ánh sáng” - Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng.

2.4.1 Bài: Nhiễu xạ ánh sáng

2.4.2 Bài: Giao thoa ánh sáng

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm

3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm:

3.4 Thời gian thực nghiệm sư phạm:

3.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 3.6 Các bước tiến hành thực nghiệm

3.7 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm

3.7.1 Mục đích kiểm tra, đánh giá

Hình 3.1 Phân bố điểm của hai lớp đối chứng và thực nghiệm

Biểu đồ phân phối tần suất tích lũy

0.0 20.0 40.0 60.0 80.0 100.0 120.0

Hình 3.3 Phân phối tấn suất tích lũy

* Nhận xét kết quả kiểm định giả thuyết thống kê:

Qua kết quả thu được ở trên, ta có thể kết luận kết quả họctập ở lớp thực nghiệm đều cao hơn lớp đối chứng Từ kết quảkiểm định giả thuyết thống kê, cho ta thấy t t Vậy, kết quả

đó có được là do hiệu quả của các giáo án dã áp dụng sử dụng

các mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab ở các lớp thựcnghiệm chứ không phải do ngẫu nhiên Qua đó, ta thấy đượctính hiệu quả và tính khả thi cao của các mô hình thiết kế bằngphần mềm Matlab Nếu các mô hình thiết kế bằng phần mềmMatlab này được sử dụng rộng rãi sẽ góp phần nâng cao chấtlượng dạy và học vật lý đại cương ở hệ cao đẳng.

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài luận văn đã

cơ bản hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra:

- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về phương pháp dạyhọc, cơ sở lý luận của phương pháp mô hình trong dạy học vật

lý, nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Matlab, nghiêncứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức chương

“Sóng ánh sáng” giáo trình Vật Lý đại cương dành cho hệ caođẳng và các tài liệu có liên quan nhằm xác định được mức độnội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng sinh viên cầnđạt được

- Tìm hiểu thực tế dạy học phần kiến thức chương “Sóngánh sáng” giáo trình Vật Lý đại cương dành cho hệ cao đẳngnhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và sinh viên,những sai lầm phổ biến của sinh viên