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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ THỊ HUYỀN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƯƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ HÀ NỘI - 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ THỊ HUYỀN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƯƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC TRONG Q TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (Bộ môn Vật lí) Mã số: 60 14 01 11 Người hướng dẫn khoa học: GS TS TƠN TÍCH ÁI HÀ NỘI - 2014 LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc GS - TS Tơn Tích Ái - người thầy tận tâm dạy bảo hướng dẫn, giúp đỡ em trình thực đề tài Em xin chân thành cảm ơn tới thầy cô Trường 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 trường THPT Lý Tử Tấn - Thường Tín - Hà Nội Xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi Có kết ngày hơm tơi phải kể đến cơng sức gia đình, người thân yêu sát cánh động viên tơi hồn thành luận văn Do điều kiện chủ quan khách quan, chắn luận văn tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận 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 Cơng nghệ thông tin ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất PPDH Phương 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 tượng nghiên cứu Vấn đề nghiên cứu Giả thuyết khoa học Giới hạn phạm vi nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Phương pháp nghiên cứu 10 Cấu trúc luận văn Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG CĨ 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 hướng 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 trị cơng nghệ thông tin dạy học 12 1.3.1 Dạy học thời đại công nghệ thông tin 12 1.3.2 Một số hướng việc sử dụng cơng nghệ thơng tin dạy học Vật lí 13 1.3.3 Công nghệ thông tin với vai trò phương 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 mơt trường tính tốn 23 1.6.6 Các lệnh Mathematica 23 1.6.7 Các lệnh Mathematica tính tốn 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 chương 34 CHƯƠNG SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦM MỀN MATHEMATICA VÀO CHƯƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG’’ VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC TRONG HOẠT ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH iv 35 2.1 Đặc điểm cấu trúc nội dung chương ‘‘Điện tích - Điện trường’’ vật lí 11 35 2.1.1 Nhiệm vụ vị trí “ Điện tích - Điện trường” 35 2.1.2 Sơ đồ cấu trúc chương “ Điện tích - Điện trường’’ 36 2.1.3 Chuẩn kiến thức, kĩ chương “ Điện tích - Điện trường’’ 37 2.1.4 Phân tích nội dung chương “ Điện tích - Điện trường’’ 39 2.2 Xây dựng hệ thống tập chương “ Điện tích - Điện trường’’ vật lí 11 42 2.2.1 Sơ đồ phân loại tập chương “ Điện tích - Điện trường’’ 42 2.2.2 Soạn thảo hệ thống tập chương “ Điện tích - Điện trường’’ 43 2.3 Hướng dẫn học sinh giải tập chương “ Điện tích - Điện trường’’ vật lí 11 có sử dụng phầm mềm Mathematica 46 2.3.1 Phương pháp 46 2.3.2 Hướng dẫn học sinh 46 Kết luận chương 64 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 65 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 65 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 65 3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 65 3.4 Thời điểm thực nghiệm 66 3.5 Phân tích kết thực nghiệm sư phạm 66 3.5.1 Tiêu chí để đánh giá 66 3.5.2 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 67 3.5.3 Sơ đánh giá hiệu tiến trình dạy học soạn thảo với việc ơn tập củng cố kiến thức, phát huy tính tích cực, tự chủ, tư sáng tạo học sinh 67 3.5.4 Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức học sinh 68 Kết luận chương 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 chương ‘‘Điện tích - Điện trường’’ 36 Hình 2.2 Sơ đồ phân loại tập chương ‘‘Điện tích - Điện trường’’ 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 nước ta bước vào thời kì cơng nghiệp hóa, đại hóa, viễn cảnh sôi động, tươi đẹp, nhiều thách thức địi hỏi ngành Giáo dục Đào tạo phải có đổi bản, mạnh mẽ, vươn tới ngang tầm với phát triển chung giới khu vực Sự nghiệp giáo dục đào tạo phải góp phần định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, lực sáng tạo cho hệ trẻ Giáo dục cần đào tạo người đáp ứng đòi hỏi thị trường lao động nghề nghiệp sống, có khả hịa nhập cạnh tranh quốc tế, đặc biệt đào tạo người 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 phương pháp dạy - học Đổi phương pháp dạy học (PPDH), ứng dụng công nghệ dạy học đại theo hướng chủ động, tích cực hóa hoạt động học sinh phương hướng xác định rõ, nhằm nâng cao chất lượng dạy học Điều xác định nghị trung ương khoá VII, nghị trung ương khoá VIII, thể chế luật giáo dục (2005) Luật giáo dục, điều 28.2, ghi “Phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học môn học; bồi dưỡng phương 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 hướng thú trách nhiệm học tập học sinh” Với đặc thù mơn học Vật lí phổ thơng quan sát, mơ phỏng, giải thích tượng, việc sử dụng phần mềm công nghệ để giảng dạy tập giúp học sinh dễ dàng hiểu vận dụng được, giúp giáo viên học sinh ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ THỊ HUYỀN SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƯƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH – ĐIỆN TRƯỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC... trường Vật lí 11 nhằm tăng tính tích cực trình nhận thức học sinh? ?? làm luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Vận dụng lí luận dạy học tập Vật lí (BTVL) sử dụng hệ thống phần mềm Mathematica giảng dạy. .. ứng dụng vào giảng dạy tập chương ? ?Điện tích - Điện trường? ?? Vật lí 11 Vấn đề nghiên cứu Sử dụng phần mềm Mathematica việc dạy hệ thống tập lựa chọn chương ? ?Điện tích - Điện trường? ?? Vật lí 11 để