Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh một số bài tập tổng hợp dao động, cộng điện áp xoay chiều vật lý 12 và phương pháp số phức

BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN Lời giới thiệu Trong năm gần đây, giáo dục nước ta có nhiều thay đổi lớn Giáo dục phổ thơng có nhiều thay đổi đáng kể vấn đề liên quan đến đổi mới: thực phân ban THPT, hoàn thiện sách giáo khoa, đổi phương pháp dạy học, đánh giá kết học tập học sinh, giảm tải chương trình… Trước đây, giáo viên chủ yếu sử dụng phương pháp giảng dạy kết hợp với minh họa theo kiểu “thầy đọc – trò chép” Theo phương pháp đổi mới, học sinh giữ vai trò trung tâm q trình dạy học nhằm tích cực hóa hoạt động học sinh theo ngun tắc tự khám phá sở tự giác, tạo điều kiện chủ động hoạt động nhận thức, phát huy lực phân tích đặc biệt khả tính toán học sinh Hiện nay, việc sử dụng máy tính cầm tay việc tính tốn giải các toán học sinh THPT trở nên phổ biến Máy tính cầm tay ngồi việc hỗ trợ tính tốn phép tính cộng, trừ, nhân, chia…còn hỗ trợ giải toán phức tạp như: hệ hai phương trình, hệ phương trình bậc ba ẩn….Trên thực tế, chưa có nhiều tài liệu hướng dẫn sử dụng máy tính cầm tay việc giải tốn vật lý, hóa học, chủ yếu tài liệu giải toán Trong kỳ thi tốt nghiệp THPT, tuyển sinh ĐH – CĐ, Bộ GD - ĐT ban hành danh mục loại máy tính sử dụng phòng thi nhằm giải nhanh loại toán, giảm tối thiểu thời gian làm học sinh Trong trình giải tập vật lý, học sinh sử dụng máy tính cầm tay hỗ trợ nhiều việc tính tốn việc lạm dụng máy tính giải trực tiếp tốn làm học sinh bỏ qua kiến thức như: quên bảng cửu chương, dần khả phản xạ, giảm khả tư duy, trí nhớ ngày khơng thường xun sử dụng phương pháp nhẩm tính, ghi nhớ Do đó, học sinh khối 10, 11 nên hướng dẫn sở học sinh sử dụng máy tính cầm tay để tính kiểm tra kết toán làm Đối với học sinh khối 12 phương pháp sử dụng máy tính cầm tay để giải nhanh toán lại ưu điểm thi trắc nghiệm sau học sinh nắm vững sở kiến thức phương pháp giải thông thường Qua vài năm công tác giảng dạy Trường THPT Nguyễn Thị Giang ( sở 1), nhận thấy học sinh nhà trường vấp phải thực trạng Là giáo viên giảng dạy môn Vật lý, mạnh dạn đưa đề tài nhằm thành lập nhóm hướng dẫn sử dụng cung cấp cho học sinh số kinh nghiệm, kĩ sử dụng máy tính cầm tay Casio để tính tốn, kiểm tra nhanh kết việc giải tập vật lý THPT Hiện thị trường có nhiều loại máy tính cầm tay hỗ trợ giải tập lý như: Casio Fx- 500Ms, Casio Fx- 570Ms, CasioFx500Es, Casio Fx- 570Es….Máy tính sử dụng thông dụng trường THPT là: Casio Fx- 500Ms, Casio Fx- 570Ms Nghiên cứu thực gồm hai nhóm đối tượng: nhóm nhóm gồm em học sinh lớp 12A2 12A4 Kết cho thấy thành tích học tập mơn vật lý hai nhóm đối tượng có chuyển biến tiến nhiều so với năm học trước Với việc sử dụng máy tính cầm tay có ảnh hưởng lớn đến kết học tập học sinh, việc rút ngắn thời gian làm tập có liên quan giúp em có thêm thời gian để làm phần khác Lớp thực nghiệm có điểm TB cao lớp đối chứng Điểm số TB nhóm thực nghiệm 7,87 nhóm đối chứng 7,03 Kết phép kiểm chứng T-test P =0,006 0,05, từ kết luận chênh lệch điểm số trung bình hai nhóm thực nghiệm đối chứng khơng có ý nghĩa, hai nhóm coi tương đương Do sử dụng thiết kế 2: Kiểm tra trước sau tác động nhóm tương đương (được mơ tả bảng 3): Bảng Thiết kế nghiên cứu Nhóm N1 N2 Kiểm tra trước tác động Tác động Kiểm tra sau tác động O1 Dạy học có sử dụng máy tính cầm tay để giải nhanh tập vật lý O3 O2 Dạy theo phương pháp thường dùng công thức có O4 N1 : nhóm thực nghiệm N2 : nhóm đối chứng b Quy trình nghiên cứu * Chuẩn bị giáo viên: - Ở nhóm I: Thiết kế dạy với tập sưu tầm hướng dẫn HS dùng máy tính cầm tay để giải nhanh tập vật lý - Ở nhóm II Thiết kế dạy với tập sưu tầm hướng dẫn HS làm theo phương pháp truyền thống * Tiến hành dạy thực nghiệm: - Thời gian tiến hành thực nghiệm dạy vào tiết tự chọn: Bảng Thời gian thực nghiệm Thứ ngày Thứ tư Nhóm I 02/10/2017 Thứ sáu II Tiết tự chọn TC Tên dạy Ôn tập TC Ôn tập 03/01/2018 Giáo án ( phụ lục) c Đo lường thu thập liệu * Tiến hành kiểm tra chấm +Lấy kết kiểm tra khảo sát kết trước tác động(có đề kèm theo phần phụ lục đề tài) + Cho học sinh làm kiểm tra với số lượng câu thời gian tương tự làm kết đánh giá sau tác động (có đề kèm theo phần phụ lục đề tài) Quy trình kiểm tra chấm kiểm tra: Ra đề kiểm tra: 100% Trắc nghiệm KQ, đáp án sau lấy ý kiến đóng góp giáo viên nhóm Vật lý để bổ sung, chỉnh sửa cho phù hợp Tổ chức kiểm tra hai nhóm thời điểm, đề Sau tổ chức chấm điểm theo đáp án xây dựng 5.4.2 Phân tích liệu Bảng So sánh điểm trung bình kiểm tra sau tác động Đối chứng Thực nghiệm Điểm trung bình 7,03 7,78 Độ lệch chuẩn 0,79 0,86 Giá trị P T- test Chênh lệch giá trị TB chuẩn (SMD) 0.006 0,9 Như chứng minh kết nhóm trước tác động tương đương Sau tác động kiểm chứng chênh lệch điểm trung bình T-Test cho kết P = 0.006, cho thấy chênh lệch điểm trung bình nhóm thực nghiệm nhóm đối chứng có ý nghĩa, tức chênh lệch kết điểm trung bình nhóm thực nghiệm cao điểm trung bình nhóm đối chứng không ngẫu nhiên mà kết tác động 7, 78  7, 03  0,9 0,86 Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn SMD = Điều cho thấy mức độ ảnh hưởng tác động sử dụng máy tính cầm tay để giải nhanh tập vật lý kiểm chứng Lớp thực nghiệm Lớp đối chứng Hiệu số Trước tác động 6,13 6,00 0,13 Sau tác động 7,87 7,07 0,80 Biểu đồ so sánh điểm trung bình trước tác động sau tác động nhóm thực nghiệm nhóm đối chứng 5.4.3 Kế hoạch nghiên cứa khoa học sư phạm ứng dụng Tên đề tài: “Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập tổng hợp dao động, cộng điện áp xoay chiều vật lý 12 phương pháp số phức” Bước Hoạt động trạng Hiện - Qua nhiều năm giảng dạy ôn thi đại học cho học sinh thấy giải theo cách truyền thống nhiều thời gian, trí làm học sinh lúng túng đưa kết quả, khơng tin vào kết - Khi giải tốn tổng hợp dao động tính tanφ sau tìm φ học sinh dùng máy tính bấm thường không để ý đến điều kiện φ � [φ1 , φ2] - Học sinh gặp khó khăn phải tổng hợp nhiều dao đông lúc - Khi gặp cho dao động tổng hợp cho dao động thành phần yêu cầu tìm dao động thành phần học sinh thường lúng túng - Hàng năm Sở GD - ĐT, Bộ GD – ĐT thường tổ chức kỳ thi giải tốn máy tính Casio cho môn để rèn luyện khả sử dụng máy tính HS Tuy nhiên dùng máy tính cầm tay giải tốn vật lý chưa có tài liệu thức đề cập tới vấn đề Giải pháp - Vì lý nên cần có phương pháp giải nhanh cho tập loại góp phần đáp ứng yêu cầu hình thức thi thay trắc nghiệm - Việc sử dụng máy tính cầm tay để giải nhanh số toán vật lý cần thiết, không giúp học sinh tin tưởng vào kết mà giúp học sinh có thêm thời gian để làm loại tập khác Vấn đề Vấn đề nghiên cứu: - Việc sử dụng máy tính cầm tay để giải nhanh số tập vật nghiên cứu lý có nâng cao kết học tập, kết thi học sinh hay Giả thuyết không? NC Giả thuyết nghiên cứu: - Việc sử dụng máy tính cầm tay làm nâng cao kết học tập, kết thi học sinh khối 12 trường THPT A Thiết kế Thiết kế nghiên cứu: KT trước sau tác động với nhóm tương đương Mơ tả đối tượng nghiên cứu - Tôi lựa chọn học sinh lớp 12A2 12A4 trường THPT A, chia làm hai nhóm, nhóm I( 12A4) nhóm thực nghiệm, nhóm II (12A2)là nhóm đối chứng - Hai nhóm em học với trình độ gần tương đương Đo lường +Lấy kết kiểm tra khảo sát kết trước tác động + Cho học sinh làm kiểm tra với số lượng câu thời gian tương tự làm kết đánh giá sau tác động (có đề kèm theo phần phụ lục đề tài) Quy trình kiểm tra chấm kiểm tra: Ra đề kiểm tra: 100% Trắc nghiệm KQ, đáp án sau lấy ý kiến đóng góp giáo viên nhóm Vật lý để bổ sung, chỉnh sửa cho phù hợp Tổ chức kiểm tra hai nhóm thời điểm, đề Sau tổ chức chấm điểm theo đáp án xây dựng - Kiểm chứng độ tin cậy phương pháp tính chênh lệch giá trị trung bình chuẩn SMD Phân tích - Lựa chọn phép kiểm chứng phù hợp: T- test: liệu - Mức độ ảnh hưởng lớn - Người nghiên cứu phân tích giải thích liệu thu để trả lời câu hỏi nghiên cứu Kết Kết vấn đề nghiên cứu có ý nghĩa khơng? • Nếu có ý nghĩa, mức độ ảnh hưởng nào? • Nếu khơng có ý nghĩa, cần ngun nhân 7.4.4Thiết kế dạy: “Sử dụng máy tính cầm tay giải nhanh số tập tổng hợp dao động, cộng điện áp xoay chiều vật lý 12 phương pháp số phức” I Tổng hợp dao động: 1.Lý thuyết: a) Tổng hợp hai dao động điều hoà phương tần số sau: x1 = A1cos (t + 1) x2 = A2cos (t + 2) ; x = x1 + x2 ta dao động điều hoà phương tần số x = Acos (t + ) Trong đó: Biên độ: A2=A12+ A22+2A1A2cos (2 - 1); Pha ban đầu: tan = A1 sin  A2 sin A1 cos   A2 cos  với 1 ≤  ≤ 2 (nếu 1 ≤ 2 ) + Khi hai dao động thành phần pha (2 - 1 = 2n) dao động tổng hợp có biên độ cực đại: A= Amax = A1 + A2 + Khi hai dao động thành phần ngược pha (2 - 1 = (2n+ 1)) dao động tổng hợp có biên độ cực tiểu: A= Amin = |A1 - A2|  + Khi hai dao động thành phần vuông pha(2 - 1 = (2n + 1) ) dao động tổng hợp có biên độ: A= Tổng quát biên độ dao động : |A1 - A2| ≤ A ≤ A1 + A2 b) Khi biết dao động thành phần x1=A1cos (t + 1) dao động tổng hợp x = Acos(t + ) dao động thành phần lại x =x - x1 => x2 = A2cos (t + 2) Trong đó: Biên độ: A22=A2+ A12-2A1Acos( -1); Pha tan2= A sin   A1 sin 1 A cos   A1 cos 1 với  ≤  ≤  (nếu  ≤  ) 2 c) Dùng giản đồ véc tơ Fresnel biểu diễn dao động trên: (Tốn nhiều thời gian, dễ nhầm lẫn) Sau phương pháp dùng máy tính CASIO fx – 570ES CASIO fx – 570MS giúp em học sinh hỗ trợ giáo viên kiểm tra nhanh kết toán tổng hợp dao động Giải pháp: Dùng máy tính CASIO fx – 570ES CASIO fx – 570MS a Cơ sở lý thuyết: Như ta biết dao động điều hoà x = Acos(t + ) ur + Có thể biểu diễn vectơ quay A có độ dài tỉ lệ với biên độ A tạo với trục hồnh góc góc pha ban đầu  + Mặt khác biểu diễn số phức dạng: z = a + bi 2 +Trong tọa độ cực: z =A(sin +i cos) (với môđun: A= a  b ) Hay Z = Aej(t + ) +Vì dao động tần số góc  có trị số xác định nên người ta thường viết với quy ước z = AeJ, máy tính CASIO fx- 570ES kí hiệu dạng là: r   (A  ) + Đặc biệt giác số  hiển thị phạm vi : -1800<  < 1800 hay -