(Luận văn thạc sĩ) thiết kế một số mô hình bằng phần mềm matlab để giảng dạy chương sóng ánh sáng vật lý lớp 12 nâng cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ NGA THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÝ 12 NÂNG CAO 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 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS BÙI VĂN LOÁT HÀ NỘI – 2012 LỜI CẢM ƠN Luận văn kết trình học tập nghiên cứu tác giả trường Đại học Giáo dục – ĐHQG Hà Nội Với tình cảm chân thành, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy, Cô trường Đại học Giáo dục – ĐHQG Hà Nội quan tâm, giúp đỡ tác giả trình học tập thực đề tài Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Bùi Văn Lốt, tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả q trình hồn thành luận văn Nhân dịp tác giả xin gửi lời cảm ơn đến Sở Giáo dục Đào tạo Hà Nam, cảm ơn Ban giám hiệu, tổ Lý trường THPT B Thanh Liêm – Hà Nam, cảm ơn bạn học viên lớp Cao học Lý luận phương pháp dạy học Vật Lí khóa 6, em học sinh, người thân gia đình tạo điều kiện thuận lợi, động viên tác giả thực đề tài Cuối cùng, dù tâm huyết cố gắng song luận văn chắn cịn nhiều thiếu sót Kính mong dẫn nhà khoa học bạn đồng nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 11 năm 2012 Tác giả Nguyễn Thị Nga i DANH MỤC VIẾT TẮT ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm ii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1: Sơ đồ xác định nội dung cần dạy 13 Bảng 2.1 Bảng bước sóng ánh sáng nhìn thấy 39 Bảng 2.2 Bảng thang sóng điện từ 43 Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số đạt kiểm tra thực nghiệm 67 Bảng 3.2 Xử lí kết để tính tham số 67 Bảng 3.3 Bảng giá trị tham số đặc trưng 68 Bảng 3.4 Phân phối tần suất (Wi%) số học sinh đạt điểm Xi 68 Bảng 3.5 Phân phối tần suất (wi%) số học sinh đạt điểm Xi trở xuống iii 68 DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ, HÌNH Trang Sơ đồ 1.1 Tiến trình xây dựng kiến thức mô tả 15 Hình 2.1 Giao diện hình 44 Hình 2.2 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua khe 44 Hình 2.3 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua khe hẹp vơ 45 Hình 2.4 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua hai khe 46 Hình 2.5 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua khe 46 Hình 2.6 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua khe 47 Hình 2.7 Nhiễu xạ ánh sáng đơn sắc qua vòng nhẫn 47 Hình 2.8 Nhiễu xạ ánh sáng đơn sắc qua lỗ tròn 48 Hình 2.9 Giao thoa ánh sáng khe I-âng 48 Hình 2.10 Giao diện giải tập xác định vị trí vân giao thoa 49 Hình 3.1 Đồ thị phân bố tần suất 69 Hình 3.2 Đồ thị phân bố tần suất tích lũy 69 iv MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn i Danh mục viết tắt ii Danh mục bảng iii Danh mục hình iv Mục lục v MỞ ĐẦU Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1.Cơ sở phương pháp dạy học 1.1.1.Phương pháp dạy học 1.1.2.Thực trạng việc dạy học 1.1.3.Xu hướng đổi phương pháp dạy học 1.1.4.Phương pháp dạy học tích cực 1.2.Cơ sở lí luận thiết kế phương án dạy học 12 1.2.1.Cơ sở khoa học để người giáo viên thiết kế phương án dạy học 12 1.2.2.Thiết kế phương án dạy học học bao gồm bước sau 13 1.3.Vai trò ý nghĩa công nghệ thông tin dạy học 21 1.4.Phương pháp mơ hình 23 1.4.1.Các chức mơ hình 23 1.4.2.Tính chất mơ hình 24 1.4.3.Các loại mơ hình sử dụng dạy học Vật lí 25 1.4.4 Các giai đoạn phương pháp mơ hình 26 1.4.5.Phương pháp mơ hình dạy học vật lí 27 1.5.Một vài nét phần mềm Matlab 27 1.5.1.Matlab đặc điểm Matlab 27 1.5.2.Một số câu lệnh dùng Matlab 28 1.5.3.Ứng dụng Matlab xây dựng mơ hình vật lí giảng dạy 30 Kết luận chương 32 Chƣơng 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 33 2.1.Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao 33 v 2.2.Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 35 2.2.1.Tán sắc ánh sáng 35 2.2.2.Nhiễu xạ ánh sáng 36 2.2.3.Giao thoa ánh sáng 37 2.2.4.Máy quang phổ loại quang phổ 39 2.2.5.Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X 40 2.2.6.Thuyết điện từ ánh sáng Thang sóng điện từ 42 2.3.Kiến thức, kĩ học sinh cần có sau học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 43 2.3.1.Kiến thức 43 2.3.2.Kĩ 44 2.4 Một số mơ hình thiết kế phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 44 2.4.1.Mơ hình nhiễu xạ ánh sáng 44 2.4.2.Mơ hình giao thoa ánh sáng 48 2.5.Thiết kế số giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” 49 2.5.1.Bài 36: Nhiễu xạ ánh sáng Giao thoa ánh sáng 49 2.5.2.Bài 37: Khoảng vân Bước sóng màu sắc ánh sáng (tiết 1) 54 Kết luận chương 61 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 62 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 62 3.2.Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 62 3.3.Đối tượng thực nghiệm sư phạm 63 3.4.Thời gian thực nghiệm sư phạm 63 3.5.Phương pháp thực nghiệm sư phạm 63 3.6.Các bước tiến hành thực nghiệm 63 3.7.Đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 64 3.7.1.Đánh giá định tính kết thực nghiệm 64 3.7.2.Đánh giá định lượng kết thực nghiệm sư phạm 65 Kết luận chương 72 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO 75 PHỤ LỤC 77 vi MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Thế kỉ XXI kỉ bùng nổ thông tin khoa học kĩ thuật, xã hội tri thức phát triển nhanh, yêu cầu xã hội đặt giáo dục phải giải nhanh mâu thuẫn tri thức phát triển nhanh thời gian đào tạo có hạn, giáo dục phải đào tạo người có lực đáp ứng thị trường lao động, có khả cạnh tranh quốc tế Trong năm gần đây, phong trào đổi phương pháp giảng dạy nâng cao chất lượng hiệu giáo dục diễn tất cấp, môn.Sự phát triển cơng nghệ thơng tin góp phần không nhỏ việc đổi phương pháp giảng dạy, đem lại hiệu cao cho hoạt động giáo dục Hiện thị trường trang mạng cung cấp nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc dạy học phần mềm Flash, phần mềm Crocodile, phần mềm Mathematical…Trong số phần mềm sử dụng hỗ trợ cho việc giảng dạy, phần mềm Matlab hỗ trợ hiệu cho việc giảng dạy Phần mềm Matlab hỗ trợ giáo viên việc tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh, tăng cường tính tích cực người học, tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng cường thời gian thảo luận giải vấn đề chất, giải phóng học sinh khỏi thao tác khơng cần thiết… Trong chương trình Vật lý 12 THPT, tơi nhận thấy chương “Sóng ánh sáng” có nhiều ứng dụng khoa học kĩ thuật thực tế đời sống Mặt khác, chương khó, nhiều kiến thức chương xây dựng từ tượng quan sát thực tế từ thí nghiệm Có nhiều tượng, nhiều thí nghiệm khơng phải dễ dàng tiến hành nên gây khó khăn việc chiếm lĩnh tri thức học sinh Hơn nữa, việc tiếp thu kiến thức theo kiểu áp đặt chấp nhận kiến thức gây cảm giác chán nản, không hứng thú, không hiểu rõ chất vấn đề cho học sinh Do đó, gây hạn chế cho học sinh việc vận dụng kiến thức để giải vấn đề thực tế có liên quan khơng thể phát triển tư mức độ cao Từ lí trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy học trường Trung học phổ thông, chọn đề tài: “Thiết kế số mơ hình phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao” làm đề tài nghiên cứu luận văn Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế số mơ hình Matlab để giảng dạy số học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh - Rèn luyện tư lôgic, giải vấn đề Lịch sử nghiên cứu Trong năm gần có số đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab dạy học Vật lý THPT như: - Dạy học tốn dao động sóng sử dụng mơ hình xây dựng phần mềm Matlab (Luận văn Thạc sỹ Đinh Đức Chính) - Sử dụng số mơ hình dao động sóng điện từ xây dựng ngơn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương “ Dao động 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 dạy học tập phần Phóng xạ phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sỹ Nguyễn Văn Hiền) Đối tƣợng khách thể nghiên cứu - Nội dung số học luyện tập chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao Cụ thể liên quan đến tượng nhiễu xạ giao thoa ánh sáng - Phần mềm toán học Matlab - Hoạt động giáo viên học sinh dạy học kiến thức giao thoa nhiễu xạ ánh sáng Câu hỏi nghiên cứu Thiết kế sử dụng số mơ hình xây dựng ngơn ngữ lập trình Matlab để phát huy tính tích cực nhận thức học sinh giảng dạy chương “Sóng ánh sang” – Vật lý 12 nâng cao? Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế sử dụng số mơ hình xây dựng phần mềm Matlab dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao phát huy tính tích cực hoạt động nhận thức học sinh nâng cao chất lượng kiến thức Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận phương pháp mơ hình hóa, tập trung vào mơ hình lý tưởng, mơ hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động, biến đổi đối tượng Vật lý - Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, tập trung vào giao thoa nhiễu xạ ánh sáng - Nghiên cứu phương pháp xây dựng mơ hình phần mềm Matlab - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu phương pháp giảng dạy sử dụng mô hình thiết kế Matlab Phạm vi nghiên cứu - Nội chương “Sóng ánh sáng” - Vật lý 12 nâng cao, cụ thể số giao thoa nhiễu xạ ánh sáng - Các hoạt động dạy học giáo viên học sinh trường THPT Thanh Liêm B – tỉnh Hà Nam Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận ... dụng Matlab xây dựng mơ hình vật lí giảng dạy 30 Kết luận chương 32 Chƣơng 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO. .. hình phần mềm Matlab để giảng dạy chương ? ?Sóng ánh sáng? ?? – Vật lí 12 nâng cao? ?? làm đề tài nghiên cứu luận văn Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế số mơ hình Matlab để giảng dạy số học chương. .. học chương ? ?Sóng ánh sáng? ?? – Vật lí 12 nâng cao 43 2.3.1.Kiến thức 43 2.3.2.Kĩ 44 2.4 Một số mơ hình thiết kế phần mềm Matlab để giảng dạy chương ? ?Sóng ánh sáng? ??