DSpace at VNU: Sử dụng phần mềm Mathematica trong dạy học phần "Dao động và sóng điện từ" chương trình sách giáo khoa Vậ...
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC HOÀNG VIỆT HƢNG SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC PHẦN “ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ” CHƢƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI - 2009 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC PHẦN “ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ” CHƢƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC ( Bộ môn vật lý ) Mã số: 60 14 10 Học Viên : Hoàng Việt Hưng Lớp : Cao học ngành Sư phạm Vật lý Khóa Người hướng dẫn khoa học : TS Bùi Văn Loát HÀ NỘI - 2009 DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNTT : Công nghệ thông tin DH : Dạy học GV : Giáo viên HS : Học sinh PPDH : Phương pháp dạy học PPDHTC : Phương pháp dạy học tích cực PTDH : Phương tiện dạy học THPT : Trung học phổ thông MỤC LỤC Phần mở đầu Lý chọn đề tài……………………………………………………….1 Mục đích nghiên cứu……………………………………………………2 Đối tƣợng nghiên cứu………………………………………………… Nhiệm vụ nghiên cứu……………………………………………………3 Phạm vi nghiên cứu…………………………………………………… Giả thuyết khoa học…………………………………………………… Phƣơng pháp nghiên cứu……………………………………………….4 Đóng góp đề tài…………………………………………………… Cấu trúc Luận văn………………………………………………………5 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC TÍCH CỰC 1.1 Khái quát chung nhiệm vụ q trình dạy học………………….7 1.2 Mục đích đổi phƣơng pháp dạy học… …………………………….8 1.3 Định hƣớng đổi mới……………… ……………………………………10 1.4 Dạy học tích cực………………………………………………………… 11 1.5 Con đƣờng hình thành kiến thức vật lý học……………….16 1.6 Sử dụng Công nghệ thông tin giảng dạy vật lý………….………26 1.7 Mục đích giảng dạy phần Dao động sóng điện từ cho học sinh phổ thơng với hỗ trợ phần mềm tốn học Mathematica ………….……34 Chƣơng 2: GIỚI THIỆU NHỨNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA VÀ CÁC ỨNG DỤNG 2.1 Quá trình hình thành phát triển Mathematica……………… 36 2.2 Mathematica hệ thống thực phép tính……………………36 2.3 Mathematica ngơ ngữ lập trình………………………………… …39 2.4 Mathematica hệ thống biểu diễn kiến thức toán học………………40 2.5 Mathematica mơi trƣờng tính tốn…………………………………40 2.6 Các lệnh Mathematica 41 2.7 Các lệnh Mathematica tính toán số 42 2.8 Đồ họa Mathematica .45 Chƣơng 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA THIẾT KẾ BÀI GIẢNG PHẦN DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 3.1 Ứng dụng phần mềm Mathematica thiết kế giảng ….…………… 59 3.2 Dao động sóng điện từ……………………………………………… 71 3.3 Mạch chọn sóng LC………………………………………………………76 3.4 Sự lan truyền sóng điện từ khơng gian…………………… 78 3.5 Truyền thơng sóng điện từ……………………………………… 80 3.6 Thực nghiệm sƣ pạm…………………………………………………… 84 Phụ lục…………………………………………………………………………95 Kết luận khuyến nghị PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, phát triển nhanh công nghệ thông tin tạo nên cách mạng lĩnh vực hoạt động kinnh tế, trị, văn hóa, khoa học, xã hội,… Trước tình hình Đảng nhà nước ta xác định tầm quan trọng mang tính chiến lược việc ứng dụng công nghệ thông tin vào giáo dục Nghị số 26-NQ/TW, Bộ Chính trị khoa học công nghệ nghiệp đổi nêu : "Tập trung sức phát triển số ngành khoa học công nghệ mũi nhọn điện tử, tin học, " Nghị Hội nghị lần thứ bảy Ban Chấp hành Trung ương (khoá VII) ngày 30-7-1994 xác định : "Ưu tiên ứng dụng phát triển công nghệ tiên tiến, công nghệ thông tin phục vụ yêu cầu điện tử hoá tin học hoá kinh tế quốc dân" Nghị Đại hội đại biểu Đảng toàn quốc lần thứ VIII nhấn mạnh : "Ứng dụng công nghệ thông tin tất lĩnh vực kinh tế quốc dân, tạo chuyển biến rõ rệt suất, chất lượng hiệu kinh tế Hình thành mạng thông tin quốc gia liên kết với số mạng thông tin quốc tế"[8] , việc đẩy mạnh phát triển công nghệ thông tin nhằm phục vụ nghiệp cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước Trong cơng tác đào tạo, tin học có ảnh hưởng lớn Tin học hóa cơng tác giảng dạy phát triển theo hướng làm tăng hiệu đạt cơng tác giáo dục Bên cạnh gắn liền với q trình cải tiến cơng tác tổ chức, quản lý Tin học hóa cơng tác giáo dục khơng dừng lại việc xây dựng sở hạ tầng thơng tin, mà gắn liền với việc thay đổi phương pháp, hình thức dạy học, từ giúp cho việc dạy học có hiệu cao Mặc dù mặt lý luận thực tiễn khách quan cho thấy hiệu quả, lợi ích to lớn việc dạy học điện tử Nhưng tới cơng trình nghiên cứu, tài liệu phương pháp xây dựng giảng điện tử sử dụng chúng trình dạy học để nâng cao chất lượng, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức phát huy óc sáng tạo chưa nhà lý luận dạy học quan tâm mức, việc triển khai gặp nhiều khó khăn Đổi phương pháp dạy học bên cạnh cung cấp kiến thức cho học sinh, cần phải rèn cho học sinh lực tư duy, lực giải vấn đề, lực làm việc độc lập lực tự nghiên cứu khoa học Tại trường học phổ thông nước nói chung địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng, học sinh tạo điều kiện rèn luyện tư duy, nhận thức cách logic, khoa học, lực tự giải vấn đề Trong đổi phương pháp dạy học, cần phải có thời gian để dần chuyển từ phương pháp dạy học truyền thống – giáo viên trung tâm, người truyền đạt kiến thức, người học tiếp thu kiến thức cách thụ động… sang phương pháp dạy học đại, lấy người học làm trung tâm Ở đây, giáo viên người đóng vai trò hướng dẫn người học chủ động tiếp cận kiến thức cách khoa học Có thể thấy rõ điều vơ lý mong muốn đưa người học vị trí trung tâm giáo dục, ý kiến người học định hướng cho cách học cho phát triển giáo dục lại khơng quan tâm tới ý kiến, suy nghĩ người học Điều hiểu việc muốn học sinh, sinh viên, học viên chủ động học tập, chủ động nghiên cứu trung tâm giáo dục Nhưng lại tiến hành theo phương thức gò bó, ép buộc, áp đặt mà không xem xét công việc có phù hợp với ý kiến người học, với thời đại không Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào trình dạy học thời điểm hoàn toàn phù hợp với xu thời đại, trường học thành phố, thị xã – nơi có điều kiện nhanh chóng tiếp thu cơng nghệ, đặc biệt Hà Nội – trung tâm văn hóa, kinh tế, trị… nước việc ứng dụng cơng nghệ vào dạy học hoàn toàn cần thiết khả thi Để đáp ứng nhu cầu đó, việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica giải pháp tối ưu, phần mềm đáp ứng nhu cầu đa số giáo viên công tác giảng dạy; phần mềm dễ sử dụng, tính đồ họa, tính tốn đặc biệt cơng cụ mạnh việc giúp giáo viên xây dựng mô hình vật lý cách dễ dàng, thuận tiện…Đó lý giúp chúng tơi chọn tên đề tài “ Sử dụng phần mềm Mathematica dạy học phần “Dao động sóng điện từ” chương trình sách giáo khoa vật lý lớp 12 – Trung học phổ thông làm đề tài Luận văn thạc sỹ Mục đích nghiên cứu Dựa sở lý luận thực tiễn trình dạy học tập thể giáo viên thân, điều kiện sở vật chất trường chưa đáp ứng nhu cầu dạy học, đặc biệt với mơn vật lý việc tiến hành thí nghiệm quan trọng vơ cần thiết Nhưng nhiên, để tiến hành thí nghiệm vật lý cần phải có thiết bị chuẩn, khơng thể tiến hành thí nghiệm Nhiều số trường học điều kiện không cho phép trang bị phòng thí nghiệm, đơi thiết bị thí nghiệm có, kết thí nghiệm khơng mong muốn, nhiều lý mặt chủ quan lẫn khách quan mang lại Vì vậy, thực tế việc học dạy chay khó tránh khỏi, phần nguyên nhân làm hạn chế khả tư duy, lực làm việc, lực tự giải vấn đề…của học sinh Để giải vấn đề nan giải đó, vật lý việc mơ tượng vật lý máy tính vơ cần thiết q trình dạy học, góp phần làm tăng khả tư duy, nhận thực, lực sáng tạo, rèn luyện khả làm việc nhóm, khả tự giải vấn đề học sinh Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy, học giáo viên học sinh có hỗ trợ phần mềm tốn học Mathematica Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận q trình tin học hóa việc tổ chức dạy học vật lý nói chung dạy học phần dao động sóng điện từ nói riêng theo hướng làm tăng lực tư duy, nhận thức, sáng tạo, khả làm việc nhóm khả tự giải vấn đề học sinh phổ thông - Nghiên cứu vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý trường THPT nói chung, trường THPT n Hòa nói riêng việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ mô tượng vật lý - Đưa giải pháp xây dựng mơ hình mơ số tượng phần dao động sóng điện từ Phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu q trình dạy học nói chung, dạy vật lý nói riêng trường THPT có hỗ trợ phầm mềm tốn học Mathematica mơ tượng vật lý, cụ thể mô tượng phần dao động sóng điện từ Với mục đích nâng cao khả ứng dụng cơng nghệ thông tin, khả giải vấn đề, khả làm việc nhóm, lực nhận thức Giúp người học chủ động giải vần đề gặp phải trình dạy học Giả thuyết khoa học Tin học hóa q trình dạy học chiếm ưu Đặc biệt việc ứng dụng phần mềm vào trình dạy học, phần mềm Mathematica cách hợp lý, mang lại hiệu cao day học Xây dựng mơ hình mơ tượng vật lý, hỗ trợ giảng dạy, từ dễ ràng giúp học sinh đưa phương án giải vấn đề phần dao động sóng điện từ, qua giúp cho học sinh thể lực thân, rèn luyện, phát triển khả tư duy, sáng tạo cách toàn diện Phƣơng pháp nghiên cứu a Phương pháp nghiên cứu lý luận Tài liệu tham khảo [1] Đỗ Ngọc Đạt, Tiếp cận đại hoạt động dạy học, NXB ĐH Quốc Gia, 1997 [2] Đặng Văn Đúc, Nguyễn Thu Hằng, Phương pháp dạy học theo hướng tích cực, NXB ĐH Sư Phạm Hà Nội, 2003 [3] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế, Phương pháp dạy học vât lý trường phổ thông, NXB ĐH Sư phạm Hà Nội, 2002 [4] Tơn Tích Ái, Phần mềm tốn cho kỹ sư, NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội, 2005 [5] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (Chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp – Nguyễn Trọng Hƣng – Nguyễn Đức Thâm – Phạm Đình Khiết – Phạm Quý Tƣ, SGK Vật lý nâng cao lớp 12, NXB Giáo dục, 2008 [6] Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn Thƣợng Chung – Tô Giang – Trần Trí Minh – Ngơ Quốc Qnh, SGK Vật lý lớp 12, NXB Giáo dục, 2008 [7] Trần Bá Hồnh, Đổi phương pháp dạy học, chương trình sách giáo khoa, NXB ĐH Sư Phạm, 2006 [8] http://vanban.moet.gov.vn ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC PHẦN “ DAO ĐỘNG VÀ SĨNG ĐIỆN TỪ” CHƢƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN... tiện…Đó lý giúp chọn tên đề tài “ Sử dụng phần mềm Mathematica dạy học phần “Dao động sóng điện từ” chương trình sách giáo khoa vật lý lớp 12 – Trung học phổ thông làm đề tài Luận văn thạc sỹ... Giúp người học chủ động giải vần đề gặp phải trình dạy học Giả thuyết khoa học Tin học hóa q trình dạy học chiếm ưu Đặc biệt việc ứng dụng phần mềm vào trình dạy học, phần mềm Mathematica cách