Sử dụng phần mềm toán học mathematica trong giảng dạy bài tập chương điện tích điện trường vật lí 11 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ THỊ HUYỀN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƢƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƢỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ THỊ HUYỀN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƢƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƢỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC (Bộ môn Vật lí) Mã số: 60 14 01 11 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS TS TÔN TÍCH ÁI HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS - TS Tôn Tích Ái - ngƣời thầy tận tâm dạy bảo hƣớng dẫn, giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô Trƣờng Đại học Giáo dục - ĐHQG Hà Nội tạo điều kiện giúp đỡ em suốt trình học tập nghiên cứu Kết luận văn có đóng góp không nhỏ BGH, thầy cô giáo đồng nghiệp em học sinh trƣờng THPT Lý Tử Tấn - Thƣờng Tín - Hà Nội Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Có đƣợc kết nhƣ ngày hôm phải kể đến công sức gia đình, ngƣời thân yêu sát cánh động viên hoàn thành luận văn Do điều kiện chủ quan khách quan, chắn luận văn tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc bảo, ý kiến đóng góp thầy cô bạn Trân trọng cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2014 Tác giả luận văn Vũ Thị Huyền i3 BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ BTVL Bài tập vật lí CNTT Công nghệ thông tin ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất PPDH Phƣơng pháp dạy học SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm ii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Danh mục chữ viết tắt Mục luc Danh mục bảng Danh mục biểu đồ MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Khách thể đối tƣợng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Giới hạn phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phƣơng pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn Chƣơng CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA 1.1 Những vấn đề lí luận dạy học đại 1.1.1 Bản chất trình dạy học 1.1.2 Các nhiệm vụ trình dạy học 1.1.3 Các khâu trình dạy học 1.1.4 Quy luật trình dạy học 1.2 Tổ chức dạy học theo hƣớng phát huy tính tích cực học sinh học tập 1.2.1 Khái niệm tính tích cực học sinh học tập 1.2.2 Những biểu tính tích cực học tập 1.2.3 Các cấp độ tính tích cực học tập 10 5iii 1.2.4 Những biện pháp phát huy tính tích cực học sinh dạy học 10 1.3 Vai trò công nghệ thông tin dạy học 12 1.3.1 Dạy học thời đại công nghệ thông tin 12 1.3.2 Một số hƣớng việc sử dụng công nghệ thông tin dạy học Vật lí 13 1.3.3 Công nghệ thông tin với vai trò phƣơng tiện, thiết bị dạy hoc 14 1.4 Lí luận tập vật lí 15 1.4.1 Khái niệm tập vật lí 15 1.4.2 Tác dụng tập vật lí dạy học vật lí 16 1.4.3 Sử dụng tập vật lí dạy học vật lí Những yêu cầu chung dạy học tập vật lí 17 1.4.4 Lựa chọn tập vật lí 19 1.5 Quá trình hình thành phát triển Mathematica 19 1.6 Vài nét Mathematica 20 1.6.1 Mathematica hệ thống thực phép tính 20 1.6.2 Vẽ đồ thị 21 1.6.3 Mathematica ngôn ngữ lập trình 21 1.6.4 Mathematica hệ thống biểu diễn kiến thức toán học 22 1.6.5 Mathematica môt trƣờng tính toán 23 1.6.6 Các lệnh Mathematica 23 1.6.7 Các lệnh Mathematica tính toán số 24 1.6.8 Đồ hoạ Mathematica 27 1.7 Tìm hiểu thực tế dạy học 31 1.7.1 Thực tế dạy học 31 1.7.2 Nguyên nhân dẫn đến sai lầm phổ biến học sinh 32 1.7.3 Đề xuất biện pháp khắc phuc khó khăn 33 Kết luận chƣơng 34 CHƢƠNG SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦM MỀN MATHEMATICA VÀO CHƢƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƢỜNG’’ VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC TRONG HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH 35 iv 2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung chƣơng „„Điện tích - Điện trƣờng‟‟ vật lí 11 35 2.1.1 Nhiệm vụ vị trí “ Điện tích - Điện trƣờng” 35 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 36 2.1.3 Chuẩn kiến thức, kĩ chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 37 2.1.4 Phân tích nội dung chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 39 2.2 Xây dựng hệ thống tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ vật lí 11 42 2.2.1 Sơ đồ phân loại tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 42 2.2.2 Soạn thảo hệ thống tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 43 2.3 Hƣớng dẫn học sinh giải tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ vật lí 11 có sử dụng phầm mềm Mathematica 46 2.3.1 Phƣơng pháp 46 2.3.2 Hƣớng dẫn học sinh 46 Kết luận chƣơng 64 CHƢƠNG THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 65 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm 65 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 65 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 65 3.4 Thời điểm thực nghiệm 66 3.5 Phân tích kết thực nghiệm sƣ phạm 66 3.5.1 Tiêu chí để đánh giá 66 3.5.2 Diễn biến thực nghiệm sƣ phạm 67 3.5.3 Sơ đánh giá hiệu tiến trình dạy học soạn thảo với việc ôn tập củng cố kiến thức, phát huy tính tích cực, tự chủ, tƣ sáng tạo học sinh 67 3.5.4 Kiểm tra, đánh giá chất lƣợng kiến thức học sinh 68 Kết luận chƣơng 76 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO 80 PHỤ LỤC 82 v7 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên Trang Bảng 3.1 Bảng thống kê kết kiểm tra 71 Bảng 3.2 Xử lí kết để tính tham số 72 Bảng 3.3 Tổng hợp tham số 72 Bảng 3.4 Bảng tần suất tần suất tích luỹ 73 vi DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ Tên Trang Hình 1.1 Sơ đồ phân loại tập vật lí 18 Hình 1.2 Đồ thị ví dụ phần vẽ đồ thị mathematica 21 Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc chƣơng „„Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 36 Hình 2.2 Sơ đồ phân loại tập chƣơng „„Điện tích - Điện trƣờng‟‟ 42 Hình 2.3 Hình vẽ 4a 49 Hình 2.4 Hình vẽ minh hoạ 4b 50 Hình 2.5 Hình vẽ minh hoạ 4c 50 Hình 2.6 Hình vẽ minh hoạ 52 Hình 2.7 Hình vẽ minh hoạ 53 Hình 2.8 Hình vẽ minh hoạ 56 Hình 2.9 Hình vẽ minh hoạ 58 Hình 2.10 Hình vẽ minh hoạ 12 61 Hình 3.1 Đồ thị tần suất kết kiểm tra đối chứng 74 Hình 3.2 Đồ thị tần số tích luỹ lùi 74 9vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta sống kỉ XXI, kỉ trí tuệ sáng tạo Đất nƣớc ta bƣớc vào thời kì công nghiệp hóa, đại hóa, viễn cảnh sôi động, tƣơi đẹp, nhƣng nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục Đào tạo phải có đổi bản, mạnh mẽ, vƣơn tới ngang tầm với phát triển chung giới khu vực Sự nghiệp giáo dục đào tạo phải góp phần định vào việc bồi dƣỡng trí tuệ khoa học, lực sáng tạo cho hệ trẻ Giáo dục cần đào tạo ngƣời đáp ứng đƣợc đòi hỏi thị trƣờng lao động nghề nghiệp nhƣ sống, có khả hòa nhập cạnh tranh quốc tế, đặc biệt đào tạo ngƣời có: lực hành động; tính sáng tạo, động; tính tự lực trách nhiệm; lực cộng tác làm việc; lực giải vấn đề phức hợp; khả học tập suốt đời Vì vậy, cần phải đổi phƣơng pháp dạy - học Đổi phƣơng pháp dạy học (PPDH), ứng dụng công nghệ dạy học đại theo hƣớng chủ động, tích cực hóa hoạt động học sinh phƣơng hƣớng đƣợc xác định rõ, nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học Điều đƣợc xác định nghị trung ƣơng khoá VII, nghị trung ƣơng khoá VIII, đƣợc thể chế luật giáo dục (2005) Luật giáo dục, điều 28.2, ghi “Phƣơng pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học môn học; bồi dƣỡng phƣơng pháp tự học, khả làm việc theo nhóm, rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hƣớng thú trách nhiệm học tập học sinh” Với đặc thù môn học Vật lí phổ thông quan sát, mô phỏng, giải thích tƣợng, việc sử dụng phần mềm công nghệ để giảng dạy tập giúp học sinh dễ dàng hiểu vận dụng đƣợc, giúp giáo viên học sinh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Tôn Tích Ái (2001), Phương pháp số NXB ĐHQG Hà Nội [2] Tôn Tích Ái (2005), Phần mềm toán cho kỹ sư NXB ĐHQG Hà Nội [3] Tôn Tích Ái (2001), Sử dụng phần mềm Mathematica vật lý phổ thông NXB ĐHQG Hà Nội [4] Nguyễn Ngọc Bảo (1995), Phát huy tính tích cực, tự lực học sinh trình dạy học Vụ Giáo viên, Hà Nội [5] Nguyễn Ngọc Bảo (1995), Công nghệ dạy học với vấn đề tổ chức trình dạy học THPT Bộ Giáo dục đào tạo [6] Lƣơng Duyên Bình (1998), Vật lý đại cương NXB Giáo dục [7] Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên) (2007), Vật lí 11 NXB Giáo dục [8] Vũ Cao Đàm (1998), Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học NXB KH&KT, Hà Nội [9] Nguyễn Văn Đồng (chủ biên) (1979), Phương pháp giảng dạy Vật Lý trường phổ thông, tập tập NXB Giáo dục Hà Nội [10] Bùi Quang Hân(Chủ biên), Đào Văn Cự, Phạm Ngọc Tiến, Nguyễn Thành Tƣơng (1994), Giải toán Vật lí 11 NXB Giáo dục [11] Phó Đức Hoan (1993), Phương pháp giảng dạy Vật lý trường phổ thông trung học Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội [12] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Nguyễn Phúc Thuần (Chủ biên) (2007) Vật lí 11 nâng cao NXB Giáo dục [13] Ngô Diệu Nga (2003), Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên cứu khoa học dạy học Vật Lý [14] Ngô Diệu Nga (2005), Bài giảng chuyên đề phân tích chương trình vật lý phổ thông [15] Phạm Xuân Quế (2000) „„Sử dụng máy tính hỗ trợ việc xây dựng mô hình dạy học vật lý‟‟, Tạp chí Nghiên cứu Giáo dục [16] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2004), Phương pháp dạy học vật lí trường phổ thông NXB Đại học Sƣ phạm Hà Nội [17].Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (1999), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh dạy học vật lí trường phổ thông NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [18] TS Đinh Thị Kim Thoa (2001), Bài giảng phương pháp công nghệ dạy học đại, ĐHGD - ĐHQGHN [19] Phạm Hữu Tòng (1994), Bài tập phương pháp dạy tập vật lý, NXBGD, Hà Nội [20] Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lí trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tập tích cực, tự chủ, sáng tạo tư khoa học NXB Đại học Sƣ phạm [21] Đỗ Hƣơng Trà (Chủ biên), Phạm Gia Phách (2009), Dạy học tập vật lý trường phổ thông Nxb Đại học sƣ phạm [22] Đỗ Hƣơng Trà (2008), Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lý, Hà Nội [23] Thái Duy Tuyên (2003), Những vấn đề Giáo dục đại NXB Giáo dục [...]... Tôn Tích Ái (2001), Phương pháp số NXB ĐHQG Hà Nội [2] Tôn Tích Ái (2005), Phần mềm toán cho kỹ sư NXB ĐHQG Hà Nội [3] Tôn Tích Ái (2001), Sử dụng phần mềm Mathematica trong vật lý phổ thông NXB ĐHQG Hà Nội [4] Nguyễn Ngọc Bảo (1995), Phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh trong quá trình dạy học Vụ Giáo viên, Hà Nội [5] Nguyễn Ngọc Bảo (1995), Công nghệ dạy học với vấn đề tổ chức quá trình dạy học. .. chương trình vật lý phổ thông 2 [15] Phạm Xuân Quế (2000) „ Sử dụng máy tính hỗ trợ việc xây dựng mô hình trong dạy học vật lý‟‟, Tạp chí Nghiên cứu Giáo dục 4 [16] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2004), Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông NXB Đại học Sƣ phạm Hà Nội [17].Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (1999), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường. .. Giải toán Vật lí 11 NXB Giáo dục [11] Phó Đức Hoan (1993), Phương pháp giảng dạy Vật lý ở trường phổ thông trung học Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội [12] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Nguyễn Phúc Thuần (Chủ biên) (2007) Vật lí 11 nâng cao NXB Giáo dục [13] Ngô Diệu Nga (2003), Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên cứu khoa học dạy học Vật Lý [14] Ngô Diệu Nga (2005), Bài giảng chuyên đề phân tích chương. .. trường phổ thông NXB Đại học Quốc gia Hà Nội [18] TS Đinh Thị Kim Thoa (2001), Bài giảng phương pháp và công nghệ dạy học hiện đại, ĐHGD - ĐHQGHN [19] Phạm Hữu Tòng (1994), Bài tập phương pháp dạy bài tập vật lý, NXBGD, Hà Nội [20] Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo định hướng phát triển hoạt động học tập tích cực, tự chủ, sáng tạo tư duy khoa học NXB Đại học Sƣ phạm [21] Đỗ Hƣơng... tự chủ, sáng tạo tư duy khoa học NXB Đại học Sƣ phạm [21] Đỗ Hƣơng Trà (Chủ biên), Phạm Gia Phách (2009), Dạy học bài tập vật lý ở trường phổ thông Nxb Đại học sƣ phạm [22] Đỗ Hƣơng Trà (2008), Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lý, Hà Nội [23] Thái Duy Tuyên (2003), Những vấn đề cơ bản của Giáo dục hiện đại NXB Giáo dục 3 ... THPT Bộ Giáo dục và đào tạo [6] Lƣơng Duyên Bình (1998), Vật lý đại cương NXB Giáo dục [7] Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên) (2007), Vật lí 11 NXB Giáo dục [8] Vũ Cao Đàm (1998), Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học NXB KH&KT, Hà Nội [9] Nguyễn Văn Đồng (chủ biên) (1979), Phương pháp giảng dạy Vật Lý ở trường phổ thông, tập 1 và tập 2 NXB Giáo dục Hà Nội [10] Bùi Quang Hân(Chủ biên),