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 TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ NGA THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÝ 12 NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG 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 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 trị ý nghĩa cơng nghệ thơng tin dạy học 21 1.4.Phương pháp mô 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 “SĨNG 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 TÓM TẮT LUẬN VĂN 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, tơi 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 v ề 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 mơ 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 Nghiên cứu sở lí luận tâm lí học, giáo dục học lí luận dạy học mơn theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức học sinh Nghiên cứu mục tiêu, nội dung nhiệm vụ dạy học mơn vật lí trường THPT nói chung, chương “Sóng ánh sáng” nói riêng Cụ thể nội dung kiến thức phần giao thoa nhiễu xạ ánh sáng Từ đó, xác định xác nội dung, khái niệm, cách giải tập vật lý mà học sinh cần phải tiếp thu Nghiên cứu phần mềm Matlab tài liệu liên quan việc thiết kế, mô tượng giao thoa nhiễu xạ ánh sáng phục vụ trình dạy học - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Tiến hành thực nghiệm sư phạm trường THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi luận văn, cụ thể làm bật vai trò việc sử dụng mơ hình việc nâng cao nhận thức học sinh THPT học vật lí Nghiên cứu q trình sử dụng máy tính việc ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng, giải tập vật lý mơ hình, phục vụ cơng tác giảng dạy trường THPT - Phương pháp thống kê tốn học Sử dụng phương pháp thống kê mơ tả thống kê kiểm định để đánh giá kết thực nghiệm sư phạm 10 Đóng góp đề tài Góp phần làm sáng tỏ vai trị phương pháp mơ hình hóa phần mềm máy tính dạy học Vật lý trường phổ thông - Cung cấp hiểu biết phần mềm Matlab ứng dụng - Tạo số mơ hình có giá trị thực tiễn 11 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận phụ lục, nội dung luận văn gồm chương: Chương 1: Cơ sở lý luận thực tiễncủa đề tài Chương 2: Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” ứng dụng phần mềm Matlab xây dựng số mơ hình dạy học Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƢƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Cơ sở phƣơng pháp dạy học 1.1.1 Phương pháp dạy học Phương pháp dạy học theo nghĩa chung cách thức tiến hành hoạt động dạy học Áp dụng vào trình dạy học đại nói phương pháp dạy học hệ thống hành động có chủ đích theo trình tự định giáo viên, nhằm tổ chức hoạt động nhận thức hoạt động thực hành học sinh nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nội dung dạy học thực mục đích dạy học Phương pháp dạy học tổng hợp cách thức hoạt động phối hơp giáo viên học sinh thực trình dạy học Trong đó, cách thức hoạt động giáo viên đóng vai trò chủ đạo, cách thức hoạt động học sinh đóng vai trị chủ động nhằm thực tốt mục đích nhiệm vụ dạy học Mỗi phương pháp dạy học bao gồm yếu tố [5]:  Mục đích dạy học xác định trước  Hệ thống hành động liên tiếp tương ứng  Phương pháp hành động tương ứng  Quá trình biến đổi đối tượng bị tác động, kết thu 1.1.2 Thực trạng việc dạy học Thực tế dạy học trường phổ thông mang nặng tính chất độc thoại, thơng báo, giảng giải, áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước dạy tính chất thụ động theo dõi, chấp nhận ghi nhớ, thừa hành, bắt chước học Kiểu dạy học chưa khích lệ tính tích cực, chủ động tìm tịi sáng tạo học sinh trình chiếm lĩnh tri thức 1.1.3 Xu hướng đổi phương pháp dạy học Mục đích đổi phương pháp dạy học nhằm đào tạo hệ trẻ động, sáng tạo, có khả làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, có khả hoạch định giải vấn đề,… Do đó, nét đặc trưng hoạt động dạy là: tổ chức tình học tập, kiểm tra định hướng hành động học độc lập tự chủ, sáng tạo, trao đổi, tranh luận học sinh… Nét đặc trưng hoạt động học ý thức vấn đề hay nhiệm vụ cần phải giải quyết, độc lập suy nghĩ kết hợp với ghi nhận thơng báo có kiểm tra phê phán để xác định giải pháp, tự chủ hành động giải nhiệm vụ học, …[13] Việc đổi dạy học chuyển từ vị trí tơi học thuộc, tơi làm mẫu sang vị trí tơi tự hỏi, tơi tự tìm tịi giải vấn đề 1.1.4 Phương pháp dạy học tích cực 1.1.4.1 Tính tích cực học tập Tính tích cực học tập biểu dấu hiệu như: hăng hái trả lời câu hỏi giáo viên, bổ sung câu trả lời bạn, thích phát biểu ý kiến trước vấn đề nêu ra; hay thắc mắc, đòi hỏi phải giải thích cặn kẽ vấn đề chưa đủ rõ, chủ động vận dụng kiến thức, kĩ vào vấn đề mới, có khả tập trung cao vào vấn đề học, không chán nản trước tình khó khăn, ln tìm cách khắc phục khó khăn để giải vấn đề [10] 1.1.4.2 Phương pháp dạy học tích cực Phương pháp dạy học tích cực phương pháp khơi dậy, phát huy tính chủ động, tích cực người dạy người học nhằm trau dồi tư sáng tạo rèn luyện trí thơng minh q trình chinh phục chân lí; dạy học mà người dạy đóng vai trị người tổ chức định hướng, tạo điều kiện người học người thực 1.1.4.3 Đặc trưng phương pháp dạy học tích cực Thứ nhất, dạy học thông qua tổ chức hoạt động học tập học sinh Thứ hai, dạy học trọng rèn luyện phương pháp tự học Thứ ba, dạy học tích cực tăng cường học tập cá thể với học tập hợp tác Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá thầy với tự đánh giá trị 1.2 Cơ sở lí luận thiết kế phƣơng án dạy học 1.2.1 Cơ sở khoa học để người giáo viên thiết kế phương án dạy học 1.2.2 Thiết kế phương án dạy học học bao gồm bước sau 1.2.2.1 Xác định yếu tố nội dung kiến thức cần dạy 1.2.2.2 Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức 1.2.2.3 Xác định mục tiêu dạy học 1.2.2.4 Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học 1.2.2.5 Lựa chọn phương pháp dạy học 1.2.2.6 Chuẩn bị cho giảng 1.2.2.7 Tổ chức hoạt động dạy học 1.3 Vai trò ý nghĩa công nghệ thông tin dạy học Ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy, người giáo viên xây dựng học cách sinh động, thu hút ý học sinh, làm cho người học thấy hứng thú hơn, học trở nên sôi động hơn; người học tiếp thu nhanh có cảm giác tự tìm điều lạ giới xung quanh thân Qua giúp cho học sinh thật tích cực chủ động học tập 1.4 Phƣơng pháp mơ hình 1.4.1 Các chức mơ hình - Mơ tả vật tượng - Giải thích tính chất, tượng có liên quan đến đối tượng - Tiên đốn tính chất tượng 1.4.2 Tính chất mơ hình - Tính chất tương tự với “vật gốc” - Tính đơn giản - Tính trực quan - Tính quy luật riêng - Tính lí tưởng 1.4.3 Các loại mơ hình sử dụng dạy học Vật lí - Mơ hình vật chất - Mơ hình lí tưởng hay mơ hình lí thuyết 1.4.4 Các giai đoạn phương pháp mơ hình - Giai đoạn 1: Nghiên cứu tính chất gốc đối tượng - Giai đoạn 2: Xây dựng mơ hình - Giai đoạn 3: Thao tác mơ hình, suy hệ lí thuyết - Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra 1.4.5 Phương pháp mơ hình dạy học vật lí Trong nghiên cứu vật lí, mơ hình phương pháp mơ hình có chức nhận thức, giúp ta phát đặc tính mới, tượng mới, quy luật Một vài nét phần mềm Matlab 1.5 1.5.1 Matlab đặc điểm Matlab Matlab sản phẩm công ty phần mềm MathWorks Hoa Kỳ, chạy nhiều hệ điều hành, nhiều loại máy tính, từ máy vi tính đến siêu máy tính Đây phần mềm để giải toán khoa học, kỹ thuật, kinh tế tài máy tính cách dễ dàng tiện lợi Khi sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab, ta dễ dàng nhận thấy đặc điểm sau ngơn ngữ lập trình này: - Dễ xử lý cấu trúc ma trận thực phức, xâu ký tự - Có thể xử lý biểu thức toán dễ dàng kết hợp với tính tốn số - Khả đồ hoạ mạnh dễ dàng kết hợp với tính tốn số - Số lượng hàm lớn,chúng ln hồn thiện, bổ sung phát triển - Cho phép ghép nối với hàm viết ngôn ngữ C Fortran - Có thể dịch để chạy độc lập ngồi mơi trường MatLab Dễ phát triển ứng dụng lĩnh vực khoa học công nghệ riêng 1.5.2 Một số câu lệnh dùng Matlab 1.5.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mơ hình vật lí giảng dạy Luận văn xây dựng số mơ hình dạng đồ họa với tính tương tác thay đổi số liệu, vẽ đồ thị, hình động…tương ứng với nội dung mục đích dạy học Mơ hình thiết kế dịch thành ứng dụng độc lập, trực quan, sinh động có tính hệ thống… CHƢƠNG THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SĨNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 2.1 Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao Vật lí 12 trình bày số vấn đề đại phù hợp với xu chung nước khu vực giới: “Động lực học vật rắn”, “Sơ lược thuyết tương đối hẹp”, “Từ vi mô đến vĩ mô” nhằm giúp học sinh có nhìn tổng quan giới vật chất, khái quát kiến thức học chương trình vật lí phổ thơng Ngồi ra, cịn có số nội dung chương cịn lại như: Hiệu ứng Đốp-ple, Nhiễu xạ ánh sáng, Hấp thụ ánh sáng, Phản xạ lọc lựa, Màu sắc vật, Sơ lược laze… 2.2 Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 2.2.1 Tán sắc ánh sáng 2.2.2 Nhiễu xạ ánh sáng 2.2.3 Giao thoa ánh sáng 2.2.4 Máy quang phổ loại quang phổ 2.2.5 Tia hồng ngoại Tia tử ngoại Tia X 2.2.6 Thuyết điện từ ánh sáng Thang sóng điện từ 2.3 Kiến thức, kĩ học sinh cần có sau học chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 2.3.1 Kiến thức: - Mô tả tượng tán sắc qua lăng kính nêu tượng tán sắc - Nêu ánh sáng đơn sắc có bước sóng xác định chân khơng chiết suất mơi trường phụ thuộc vào bước sóng ánh sáng chân không - Nêu tượng nhiễu xạ ánh sáng - Trình bày thí nghiệm giao thoa ánh sáng nêu điều kiện để xảy tượng giao thoa ánh sáng - Nêu vân sáng, vân tối kết giao thoa - Nêu điều kiện để có cực đại giao thoa, cực tiểu giao thoa điểm - Viết cơng thức tính khoảng vân - Nêu tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng nêu tư tưởng thuyết điện từ ánh sáng - Trình bày nguyên tắc cấu tạo máy quang phổ lăng kính nêu tác dụng phận máy quang phổ - Nêu quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ hấp thụ gì, đặc điểm ứng dụng loại quang phổ - Nêu phép phân tích quang phổ - Nêu chất, cách phát, đặc điểm công dụng tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X - Kể tên vùng sóng điện từ thang sóng điện từ theo bước sóng 2.3.2 Kĩ - Giải tập tượng giao thoa ánh sáng - Xác định bước sóng ánh sáng theo phương pháp giao thoa thực nghiệm 2.4 Một số mơ hình thiết kế phần mềm Matlab để giảng dạy chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 2.4.1 Mơ hình nhiễu xạ ánh sáng 2.4.2 Mơ hình giao thoa ánh sáng 2.5 Thiết kế số giảng dạy chƣơng “Sóng ánh sáng” 2.5.1 Bài 36: Nhiễu xạ ánh sáng Giao thoa ánh sáng 2.5.2 Bài 37: Khoảng vân Bước sóng màu sắc ánh sáng (tiết 1) CHƢƠNG THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm Thực nghiệm sư phạm tiến hành nhằm mục đích kiểm nghiệm giả thuyết đề tài “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” 10 Đánh giá tính khả thi việc sử dụng mơ hình thiết kế phần mềm Matlab trình giảng dạy nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức HS Xử lí phân tích kết để đánh giá khả sử dụng mơ hình thiết kế phần mềm Matlab chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao Thực nghiệm sư phạm đảm bảo kết mặt định lượng, đảm bảo tính khoa học, tính khách quan phù hợp với thực tế 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm - Lên kế hoạch thực nghiệm sư phạm - Khảo sát, điều tra để chọn lớp thực nghiệm lớp đối chứng, chuẩn bị thông tin điều kiện cần thiết phục vụ cho công tác thực nghiệm sư phạm - Trao đổi với học sinh lớp thực nghiệm phương pháp nội dung thực nghiệm - Triển khai dạy học theo tiến trình soạn thảo - Xử lí, phân tích kết thực nghiệm, đánh giá theo tiêu chí Từ nhận xét rút kết luận tính khả thi đề tài 3.3 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm: Lớp 12C1và 12C2 trường THPT Thanh Liêm B, Hà Nam 3.4 Thời gian thực nghiệm sƣ phạm: Từ 15/10/2012 đến 15/11/2012 3.5 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm Quá trình thực nghiệm sư phạm, tiến hành song song, dạy lớp thực nghiệm lớp đối chứng thời gian, nội dung chương "Sóng ánh sáng" Lớp thực nghiệm 12C1 (sĩ số 45) lớp đối chứng 12C2(sĩ số 44) Đây cặp lớpcó chất lượng học sinh tương đương Ở lớp đố i chứng, tơi dạy theo phân phối chương trình Sở Giáo Dục Đào Tạo Hà Nam Ơ lớp thực nghiệm, tơi dạy theo tiến trình soạn và ghi chép diễn biế n toàn bô ̣ tiế t ho ̣c, cuối tiết học thu thâ ̣p ý kiến học sinh 3.6 Các bƣớc tiến hành thực nghiệm 11 - Thiết kế tiến trình dạy học thực nghiêm lớp thực nghiệm - Dạy nội dung liên quan đến chương “Sóng ánh sáng” hai bài: Nhiễu xạ giao thoa ánh sáng, Khoảng vân Bước sóng màu sắc ánh sáng (tiết 1) - Các tiết thực nghiệm có mời giáo viên chun mơn đến dự, đóng góp ý kiến - Cuối đợt thực nghiệm tến hành cho học sinh làm kiểm tra 45 phút để khảo sát chất lượng giảng 3.7 Đánh giá kết thực nghiệm sƣ phạm 3.7.1 Đánh giá định tính kết thực nghiệm Quan sát học lớp thực nghiệm thực theo kế hoạch thực nghiệm với tập thực nghiệm tơi có nhận xét sau: - Ở lớp thực nghiệm, khơng khí lớp học sơi nổi.Các em học sinh hăng hái phát biểu xây dựng Nhiều em mạnh dạn đưa câu hỏi thắc mắc liên quan đến học Tính tích cực, chủ động em học sinh bước đầu phát huy - Ở lớp đối chứng, khơng khí lớp học trầm so với lớp thực nghiệm Khi giáo viên đưa yêu cầu, em học sinh thực yêu cầu với tinh thần khơng hào hứng, nhiệt tình tham gia vào học Các em học sinh khơng thật tích cực, chủ động chiếm lĩnh tri thức 3.7.2 Đánh giá định lượng kết thực nghiệm sư phạm Dưới phần trình bày kết thực nghiệm xử lí số liệu Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số đạt đƣợc kiểm tra thực nghiệm Điểm số Lớp Số Điểm HS 10 TB ĐC 44 0 0 11 7,55 TN 45 0 0 10 14 8,22 12 Bảng 3.2 Xử lí kết để tính tham số Lớp đối chứng: X  7,55 Xi n1i 0 -7,55 57,0025 -6,55 Lớp thực nghiệm: X  8,22 Xi n2i X 2i  X 0,0000 0 -8,22 67,5684 0,0000 42,9025 0,0000 -7,22 52,1284 0,0000 -5,55 30,8025 0,0000 -6,22 38,6884 0,0000 -4,55 20,7025 0,0000 -5,22 27,2484 0,0000 -3,55 12,6025 25,2050 -4,22 17,8084 0,0000 -2,55 6,5025 19,5075 -3,22 10,3684 10,3684 -1,55 2,4025 16,8175 -2,22 4,9284 24,6420 -0,55 0,3025 2,4200 7 -1,22 1,4884 10,4188 0,45 0,2025 1,8225 10 -0,22 0,0484 0,4840 11 1,45 2,1025 23,1275 14 0,78 0,6084 8,5176 10 2,45 6,0025 24,0100 10 1,78 3,1684 25,3472  44 112,91  45 79,778 Trong n1i số học sinh lớp đối chứng đạt điểm Xi, n2i số học sinh lớp thực nghiệm đạt điểm Xi Bảng 3.3 Bảng giá trị tham số đặc trƣng Tham số X S2 S V(%) Lớp ĐC 7.55 2,63 1,62 21,46 Lớp TN 8.22 1,81 1,35 16,42 Đối tượng 13 dTN-DC 0,67 Bảng 3.4 Phân phối tần suất (Wi%) số học sinh đạt điểm Xi Lớp Số % học sinh đạt điểm Xi N ĐC 44 0 0 TN 45 0 0 10 4,55 6,82 15,91 18,18 20,45 25,00 9,09 2,22 11,11 15,56 22,22 31,11 17,78 Bảng 3.5 Phân phối tần suất (wi%) số học sinh đạt điểm Xi trở xuống Lớp Số % học sinh đạt điểm Xi trở xuống N ĐC 44 0 0 TN 45 0 0 10 4,55 11,36 27,27 45,45 65,91 90,91 100 2,22 13,33 28,89 51,11 82,22 100 Đồ thị đường phân bố tần suất tần suất lích lũy cho hai đối tượng thực nghiệm lớp đối chứng lớp thực nghiệm biểu diễn đồ thị Hình 3.1: Phân bố tần suất 14 Hình 3.2 Phân bố tần suất tích lũy *Nhận xét - Ở lớp đối chứng có học sinh điểm trung bình, lớp thực nghiệm khơng có học sinh đạt điểm trung bình số học sinh đạt điểm 10 cao lớp đối chứng - Điểm trung bình cộng lớp thực nghiệm (8,22) cao lớp đối chứng (7,55) Hệ số biến thiên giá trị điểm số lớp thực nghiệm (16,42%) nhỏ lớp đối chứng (21,46%) Điều có nghĩa độ phân tán điểm số quanh điểm trung bình lớp thực nghiệm nhỏ - Đường tần số tần suất lũy tích (hội tụ lùi) lớp thực nghiệm nằm bên phải phía đường tần suất tần suất lũy tích lớp đối chứng Điều chứng tỏ chất lượng nắm kiến thức vận dụng kiến thức lớp thực nghiệm tốt ởlớp đối chứng Tuy nhiên, để khẳng định rõ kết học tập học sinh lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng có thực phương pháp dạy học đem lại hay không? Chúng áp dụng lý thuyết thống kê toán học để kiểm định kết sau: Để khẳng định điểm trung bình lớp thực nghiệm cao lớp đối chứng kết áp dụng phương pháp đổi mới, tiến hành so sánh hai giá 15 trị trung bình kiểm tra hai lớp theo tiêu chuẩn Student [9] Đại lượng t dùng để so sánh hai giá trị điểm trung bình tính theo cơng thức sau: (3.8) Với S tính theo cơng thức sau : S N TN 2  1S TN  N ĐC  1S ĐC  N TN  N ĐC  45  1.1,81  44  1.2,63  1,49 45  44  (3.9) Thay đại lượng S vào biểu (3.8) ta có : t 8,22  7,55 1,49 44.45  2,12 45  44 (3.10) Với mức hợp lý ( mức có nghĩa)α = 0,05;số bậc tự 87 tra bảng phân bố Student, ta có tα = 1,65 Kết thực nghiệm thu t=2,12 lớn giá trị t α Như vậy, điểm trung bình hai lớp khác chất Hay điểm trung bình cộng nhóm thực nghiệm cao nhóm đối chứng thực chất, khơng phải ngẫu nhiên Điều cho phép kết luận, dạy học với mơ hình thiết kế phần mềm Matlab mang lại kết qua cao so với dạy học thông thường Mặt khác, quan sát đồ thị tần suất tích lũy hai lớp cho thấy chất lượng nhóm thực nghiệm thực tốt nhóm đối chứng Đường biểu diễn tần số tích lũy lớp thực nghiệm nằm bên phía bên phải so với lớp đối chứng Như việc tổ chức tiến hành giảng dạy theo phương pháp đổi chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, việc sử dụng mơ hình thiết kế phần mềm Matlab đem lại hiệu bước đầu việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức học sinh Điều thể kết học tập lớp thực nghiệm cao so với lớp đối chứng 16 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài luận văn hoàn thành nhiệm vụ đặt ra: - Nghiên cứu quan điểm đại trình dạy học, đặc biệt trọng sở lý luận việc thiết kế phương án dạy học bài, nghiên cứu tài liệu phần mềm toán học Matlab, nghiên cứu nội dung phân phối chương trình kiến thức chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao tài liệu có liên quan nhằm xác định mức độ nội dung kiến thức kỹ học sinh cần đạt học xong chương - Tìm hiểu thực tế dạy học phần kiến thức chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phát khó khăn giáo viên học sinh, sai lầm phổ biến học sinh - Thiết kế phương án dạy học có sử dụng số mơ hình thiết kế phần mềm Matlab để tổ chức dạy học số chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học soạn thảo để đánh giá hiệu phương án dạy học xây dựng việc sử dụng mơ hình thiết kế phần mềm Matlab vào trình dạy học Như vậy, với việc sử dụng mô hình thiết kế phần mềm Matlab trình giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, luận văn làm rõ hiệu việc sử dụng mơ hình trình giảng dạy Hơn với việc sử dụng phần mềm Matlab, giáo viên tạo cho học sinh có nhiều hội tiếp cận với cơng nghệ thơng tin, có hội trao đổi vấn đề với giáo viên, giúp đơn giản hoá vấn đề trừu tượng chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa – Vật lý 12 nâng cao, góp phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Các kết nghiên cứu xem tài liệu tham khảo phương pháp dạy học cho giáo viên Vật Lý trường THPT Tuy nhiên, đề tài tồn số hạn chế sau: 17 - Khi thực giảng có hỗ trợ phần mềm Matlab thời gian chuẩn bị tương đối nhiều, địi hỏi giáo viên phải có kiến thức định CNTT, đặc biệt phải có kỹ lập trình phần mềm Matlab Đối với số giáo viên điều khó Do đó, việc sử dụng kết đề tài ứng dụng rộng rãi dạy học khó thực - Tính ứng dụng luận văn phát huy tối đa thiết bị công nghệ dạy học trang bị đầy đủ, máy tính chạy phần mềm, máy chiếu Projector… Do đó, khơng đáp ứng nhu cầu trên, đề tài luận văn khó phát huy ưu Hướng nghiên cứu đề tài - Mở rộng số đối tượng thực nghiệm, nơi khác Qua có điều chỉnh, nhận định xác hơn, bổ xung điều chỉnh để đề tài hoàn thiện - Mở rộng việc soạn thảo sử dụng mơ hình vật lý theo hướng nghiên cứu phần khác chương trình vật lí THPT đặc biệt phần liên quan đến tượng, thí nghiệm khó thực thực tế góp phần nâng cao chất lượng dạy học vật lí trường THPT Do điều kiện thời gian, không gian khuôn khổ thực luận văn nên chắn tránh khỏi thiếu sót, tơi mong nhận ý kiến đóng góp thầy giáo bạn đồng nghiệp để luận văn tơi hồn thiện Tôi xin chân thành cảm ơn! 18 ... kế phần mềm Matlab để giảng dạy chƣơng ? ?Sóng ánh sáng? ?? – Vật lí 12 nâng cao 2.4.1 Mơ hình nhiễu xạ ánh sáng 2.4.2 Mơ hình giao thoa ánh sáng 2.5 Thiết kế số giảng dạy chƣơng ? ?Sóng ánh sáng? ?? 2.5.1... thống… CHƢƠNG THIẾT KẾ MỘT SỐ MƠ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SĨNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 2.1 Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao Vật lí 12 trình bày số vấn đề đại... 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