Gia tốc góc m m r m m 0 1 0 1 2 sin
Điều kiện để vật m1 đi xuống, con lăn đi lên là: a > 0 suy ra: m1 > m0 sinα
Hướng dẫn giải bằng Mathematica: Ta dùng các câu lệnh sau:
(*Bai 33) Clear["Global`*"] pt1=r (T-m0 g Sin[Alfa])2 m0 r^2 gama; pt2=m1 g -Tm1 a; pt3=agama r; pt4=v1(8 Pi r a)^(1/2); pt5=p1m1 v1; pt6=Omega1v1/r; pt7=L1m0 r Omega1; sol=Solve[{pt1,pt2,pt3,pt4,pt5,pt6,pt7},{T,a,gama,v1,p1,Omega1,L1}]//Flatten //FullSimplify;
Print["Suc cang T= ",T/.sol]
Print["Gia toc cua vat m1 a= ",a/.sol]
Print["Gia toc cua con lan gama= ",gama/.sol] Print["Toc do v1= ",-v1/.sol]
Print["Dong luong p1= ",-p1/.sol]
Print["Toc do goc Omega1= ",-Omega1/.sol] Print["Mo men dong luong L1= ",-L1/.sol]
Suc cang T= (g m0 m1 (2+Sin[Alfa]))/(2 m0+m1)
Gia toc cua vat m1 a= (g (m1-m0 Sin[Alfa]))/(2 m0+m1)
Toc do v1= (2 2 r g m 1m Sin Alfa0 ) / 2 0m m r1
Dong luong p1= (2 1 2m r g m 1m Sin Alfa0 ) / 2 0m m r1 Toc do goc Omega1= (2 2 g m 1m Sin Alfa0 ) / 2 0m m r1
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2
Trong chƣơng 2, tôi đã lập luận sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức Chƣơng Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao, đồng thời phân tích xác định vị trí và các kiến thức khác có liên quan đến chƣơng này. Trên cơ sở đó tơi đã xây dựng đƣợc một hệ thống gồm 33 bài tập tự luận với 4 chủ đề: Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định, phƣơng trình động lực học của vật rắn, momen động lƣợng, cơ năng của vật, trong đó có một số bài tập điển hình có sử dụng phần mềm Mathematica để giải.
Nhằm khắc phục một số sai lầm của học sinh trong quá trình giải Bài tập vật lí, chúng tơi đã vận dụng cơ sở lí luận về dạy học giải bài tập vật lí để hƣớng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí cho phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh. Thơng qua việc giáo viên có sử dụng phần mềm Mathematica để dạy giải bài tập cho học sinh đã gây hứng thú để học sinh chủ động khám phá những điều mình chƣa rõ, tích cực giải quyết các bài tập. Ngoài ra, dùng Mathematica giáo viên đã lập ra một thƣ viện bài tập giúp đỡ giáo viên và học sinh kiểm tra kết quả một cách nhanh chóng.
Việc đƣa ra một loạt các bài tập vận dụng các kiến thức nhằm ôn tập, củng cố kiến thức giúp học sinh nhận ra dấu hiệu bản chất hiện tƣợng vật lí, giúp học sinh tích cực, chủ động hơn. Với hệ thống bài tập đã soạn thảo, tôi dự kiến sử dụng hệ thống các bài tập và xây dựng kịch bản trong hoạt động dạy giải bài tập vật lí Chƣơng Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao nhằm phát huy tính tích cực, tự chủ và bồi dƣỡng năng lực sáng tạo của học sinh.
Kết quả thực nghiệm hệ thống thống 33 bài tập Chƣơng Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao đã soạn thảo sẽ đƣợc tơi trình bày trong chƣơng thực nghiệm sƣ phạm.
CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm
Trên cơ sở hệ thống bài tập đã soạn thảo, tôi tiến hành thực nghiệm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học của đề tài. Để đạt đƣợc mục đích nhƣ vậy, thực nghiệm sƣ phạm cần có những nhiệm vụ sau:
- Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học với hệ thống bài tập đã soạn (trong đó có một số bài giáo viên có sử dụng phần mềm toán học Mathematica), hƣớng dẫn học sinh giải các giải các bài tập vật lí, làm cơ sở để sửa đổi bổ sung và hoàn thiện hơn.
- Sau khi tiến hành thực nghiệm sẽ tiến hành so sánh, đối chiếu kết quả của lớp thực nghiệm với lớp đối chứng để đánh giá chất lƣợng của hoạt động dạy học theo tiến trình đã soạn.
3.2. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm
Việc thực nghiệm sƣ phạm đƣợc tiến hành tại trƣờng Trung học phổ thông Lý Tử Tấn - Hà Nội, với đối tƣợng là học sinh lớp 12 Ban nâng cao.
Lớp đối chứng là lớp 12 A4 có 34 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống, khơng có sự soạn thảo hệ thống bài tập.
Lớp thực nghiệm là lớp 12A1 có 34 học sinh, dạy theo tiến trình đã soạn thảo với hệ thống bài tập đã soạn thảo (trong đó có một số bài có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giảng dạy giải bài tập vật lí).
Trình độ học tập mơn Vật lí của 2 lớp gần nhƣ tƣơng đƣơng nhau.
3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm
Lớp đối chứng là lớp 12 A4 có 34 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống, khơng có sự soạn thảo hệ thống bài tập.
Lớp thực nghiệm là lớp 12A1 có 34 học sinh, dạy theo tiến trình đã soạn thảo với hệ thống bài tập đã soạn thảo (trong đó có một số bài có sử dụng phần mềm tốn học Mathematica để giảng dạy giải bài tập vật lí).
Ở lớp đối chứng, tôi dự giờ ghi chép lại mọi hoạt động của giáo viên và học sinh diễn ra trong tiết học.
Khi dạy lớp thực nghiệm, tơi ghi hình tiết học, sau đó phân tích tiết học đó để rút kinh nghiệm, đánh giá tính khả thi của tiến trình đã soạn thảo, chỉ ra những điều chƣa phù hợp của tiến trình soạn thảo, bổ sung, sửa đổi những điều cần thiết.
Cuối đợt thực nghiệm, tôi đã giao cho học sinh một bài kiểm tra 30 phút để sơ bộ đánh giá hiệu quả của việc soạn thảo hệ thống bài tập và đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phần mềm Mathematica trong việc dạy giải một số bài tập vật lí Chƣơng Động lực học vật rắn dựa trên hệ thống bài tập đã soạn thảo đối với việc nâng cao chất lƣợng nắm vững kiến thức và phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh sau khi học chƣơng học này.
3.4. Thời điểm thực nghiệm sƣ phạm
Thời gian thực nghiệm từ: 18/ 08/ 2014 đến 22/ 09/ 2014.
3.5. Phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.5.1. Tiêu chí để đánh giá
- Đánh giá tính khả thi của phƣơng án thiết kế: + Căn cứ vào số bài học sinh giải đúng.
+ Căn cứ vào số bài học sinh hoàn thành ở nhà.
+ Căn cứ vào thời gian để hoàn thành một bài tập của học sinh.
+ Căn cứ vào thời gian của giáo viên khi soạn đáp án cho các bài tập khi sử dụng phần mềm Mathematica.
- Đánh giá căn cứ vào khả năng tích cực của học sinh khi tham gia hoạt động giải bài tập
+ Khả năng phân tích hiện tƣợng vật lí cho trong bài tập để từ đó chỉ ra các mối liên hệ giữa các đại lƣợng vật lí trong lớp hiện tƣợng đang xét.
+ Khả năng vận dụng linh hoạt kiến thức về các định luật bảo toàn vào việc giải hệ thống các bài tập đã soạn thảo.
+ Kết quả làm việc của nhóm: Đƣa ra kết quả cuối cùng.
- Đánh giá kết quả học tập của học sinh bằng các chỉ số thống kê + Phân tích các tham số đặc trƣng,
+ So sánh kết quả từ đồ thị phân bố tần suất và tần suất luỹ tích, + Kiểm định giả thuyết thống kê.
3.5.2. Diễn biến thực nghiệm sư phạm - Tại lớp đối chứng
Dạy học theo phƣơng pháp thơng thƣờng, khơng có sự soạn thảo hệ thống bài tập, khơng có sự hỗ trợ phần mềm Mathematica.
- Tại lớp thực nghiệm
Để chuẩn bị cho tiến trình thực nghiệm sƣ phạm diễn ra trong Chƣơng Động lực học vật rắn Vật lí 12, tôi đƣa ra hệ thống 33 bài tập và yêu cầu học sinh mang đề bài tập trong suốt tiến trình dạy học thực nghiệm.
3.5.3. Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo
Để sơ bộ đánh giá hiệu quả sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo, trong đó có các bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica trong hoạt động dạy giải bài tập vật lí với việc nắm vững kiến thức, phát huy tính sáng tạo của học sinh, tôi căn cứ vào các bài giải đúng của học sinh, các đề xuất phƣơng án giải bài tập, kỹ năng vận dụng kiến thức, kỹ năng làm việc theo nhóm của học sinh trong q trình giải bài tập. Tơi nhận thấy:
3.5.3.1. Tình hình học tập ở lớp đối chứng
Khơng khí học tập khơng sôi nổi, các em chỉ thụ động ngồi nghe, ghi chép, không tự tin khi vận dụng các kiến thức đã học.
3.5.3.2. Tình hình học tập ở lớp thực nghiệm
Tôi tiến hành thực nghiệm sƣ phạm trên đối tƣợng là học sinh đã đƣợc làm quen với phƣơng pháp mới, nên khi làm việc theo phƣơng pháp học tập của tơi thì học sinh rất vui vẻ và hứng thú.
Tuy nhiên học sinh vẫn còn nhiều bỡ ngỡ và rụt rè. Khả năng hoạt động, tƣ duy trong học tập vẫn chậm, nhiều em còn lƣời suy nghĩ, không chịu nghe hƣớng dẫn về phần mềm Mathematica. Tôi đã dùng nhiều cách động viên nhƣ: Tạo khơng khí học tập thoải mái trong lớp, khuyến khích học sinh hoạt động, khen ngợi học sinh đúng lúc. Với những cách này, tôi thấy rằng học sinh dƣờng nhƣ đã mạnh dạn hơn, sôi nổi hơn, một số em đã dám đƣa ra ý kiến tranh luận với các bạn trong nhóm, trong lớp, tích cực xung phong trình bày kết quả bài tập của mình. Khi đã bắt đầu quen với phƣơng pháp học mới do tôi đƣa ra, học sinh rất tự tin, thích thú học tập, chịu khó suy nghĩ để đề xuất ý kiến. Học sinh đã chủ động, tích cực hơn trong hoạt động của mình.
3.5.4. Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh
3.5.4.1. Mục đích kiểm tra
Đánh giá chất lƣợng nắm vững kiến thức của học sinh. Qua đó, đánh giá tính xác thực của giả thuyết khoa học đã nêu trong đề tài.
3.5.4.2. Đối tượng kiểm tra và hình thức kiểm tra
Tơi cho tồn bộ học sinh của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng làm cùng một đề kiểm tra trong thời gian 30 phút.
3.5.4.3. Nội dung và thang điểm kiểm tra
- Nội dung bài kiểm tra giúp tôi đánh giá mức độ chất lƣợng kiến thức của học sinh ở 3 mức độ khác nhau:
+ Hiểu các kiến thức đã học
+ Vận dụng kiến thức vào các tình huống quen thuộc + Vận dụng kiến thức vào các tình huống mới
3.5.4.4. Phương pháp xử lí kết quả thực nghiệm sư phạm
Để so sánh chất lƣợng kiến thức của học sinh thông qua điểm số của bài kiểm tra, tôi sử dụng các đại lƣợng sau:
+ Điểm trung bình (X ): là tham số xác định giá trị trung bình của dãy số thống kê, đƣợc tính theo cơng thức sau:
n i i iX n N X 1 1
Trong đó Xi là điểm số, ni là tần số, N là số học sinh.
+ Phƣơng sai (s2): Đánh giá mức độ phân tán các giá trị của biến ngẫu nhiên X xung quanh trị số trung bình của nó. Phƣơng sai càng nhỏ thì độ phân
tán càng nhỏ, đƣợc tính theo cơng thức 1 ) ( 1 2 2 N X X n s n i i i
+ Độ lệch chuẩn (s): biểu thị mức độ phân tán của các số liệu quanh giá trị trung bình cộng, đƣợc tính theo cơng thức:
1 ) ( 1 2 2 N X X n s s n i i i
+ Hệ số biến thiên (V): biểu thị mức độ biến thiên trong nhiều tập hợp có
X khác nhau, .100
X s
V (%)
Trong đó, V trong khoảng 0 – 10% dao động nhỏ, độ tin cậy cao
V trong khoảng 11% – 30% dao động trung bình
+ Hiệu trung bình (dTN – ĐC): so sánh điểm trung bình cộng của các nhóm thực nghiệm (TN) và đối chứng (ĐC), dTN – ĐC = XTN XĐC
Thống kê kết quả kiểm tra
Kết quả thực nghiệm sƣ phạm
Bảng 3.1 : Kết quả bài kiểm tra 30 phút
Nhóm Sĩ số 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Tổng điểm Điểm TB TN 34 0 0 0 0 1 3 8 9 5 8 0 242 7,12 ĐC 34 0 0 0 2 6 6 4 7 4 5 0 210 6,18
Phân tích số liệu và đánh giá:
Để so sánh kết quả học tập Chƣơng Động lực học vật rắn của học sinh ở nhóm thực nghiệm và đối chứng, tôi lập bảng phân phối tần số lũy tích, vẽ đƣờng lũy tích, tính các tham số đặc trƣng: Trung bình cộng X (Đặc trƣng cho sự tập trung của số liệu), phƣơng sai s2, độ lệch chuẩn S (Đo mức độ phân tán xung quanh X , S càng nhỏ chứng tỏ số liệu càng ít phân tán).
Bảng 3.2 và bảng 3.3 cho biết các thông số đặc trƣng mà tôi thu đƣợc sau khi xử lí số liệu theo phƣơng pháp đã trình bày trên.
Bảng 3.2: Các thơng số đặc trưng đã được xử lí sau khi tiến hành thực nghiệm sư phạm của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng
Điểm i X Lớp TN Lớp ĐC iA f 2 ) (Xi XA 2 ) (Xi XA fiA fiB 2 ) (Xi XB 2 ) (Xi XB fiB 0 0 0 1 0 0 2 0 0 3 0 2 10,09 20,18 4 1 9,72 9,72 6 4,74 28,42 5 3 4,48 13,45 6 1,38 8,30 6 8 1,25 9,99 4 0,03 0,12 7 9 0,01 0,12 7 0,68 4,75 8 5 0,78 3,89 4 3,33 13,30 9 8 3,54 28,35 5 7,97 39,86 10 0 0 233 210
Bảng 3.3: Giá trị các tham số trung bình cộng (X ), phương sai (S2), độ lệch
chuẩn (s), hệ số biến thiên (V)
Tham số
Đối tƣợng X s2 s V(%) DTN – D DC
Lớp TN 7,12 1,99 1,41 19,80
0,94
Lớp ĐC 6,18 2,87 1,69 27,36
Phân phối tần suất (Wi %) số học sinh đạt điểm Xi Tần suất .100%
N f
W i
Bảng 3.4: Bảng phân phối tần suất (Wi) Lớp N Số % học sinh đạt điểm Xi 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TN 34 2,94 8,82 23,53 26,47 14,71 23,53 ĐC 34 5,88 17,65 17,65 11,76 20,59 11,76 14,71
Phân phối tần suất (i%) số học sinh đạt điểm Xi trở xuống
Tần số lũy tích hội tụ lùi : i=∑Wi
Bảng 3.5: Bảng phân phối tần số tích lũy (i)
Lớp N Số % học sinh đạt điểm Xi trở xuống
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 TN 34 2,94 11,76 35,29 61,76 76,47 100
ĐC 34
5,88 23,53 41,18 52,94 73,53 85,29 100
Dựa vào các số liệu ở bảng 3.4 và bảng 3.5, tôi vẽ đƣờng phân bố tần suất (Wi) và đƣờng phân bố tần suất lũy tích hội tụ lùi (i) của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng.
Hình 3.1. Đồ thị đường phân bổ tần suất W%
Hình 3.2. Đồ thị đường phân bố tần suất tích lũy i%
Dựa vào các bảng số liệu và đồ thị, ta nhận thấy:
- Điểm trung bình cộng của nhóm thực nhiệm (7,12) cao hơn nhóm đối chứng (6,18)
- Độ lệch chuẩn của nhóm thực nghiệm (STN =1,41) nhỏ hơn độ lệch chuẩn của nhóm đối chứng (SĐC = 1,69). Hệ số biến thiên ở nhóm thực nghiệm
Wi (%)
(V =19,80) nhỏ hơn so với nhóm đối chứng (V=27,36). Điều này chứng tỏ mức độ phân tán ra khỏi điểm trung bình ở nhóm thực nghiệm nhỏ hơn mức độ phân tán của nhóm đối chứng.
- Đồ thị ta thấy đƣờng phân bố tần suất và đƣờng phân bố tần suất lũy tích của nhóm thực nghiệm đều nằm bên phải nhóm đối chứng. Nghĩa là điểm số bài kiểm tra của nhóm thực nghiệm cao hơn so với nhóm đối chứng. Điều này chứng tỏ chất lƣợng nắm vững kiến thức Chƣơng Động lực học vật rắn của nhóm thực nghiệm cao hơn so với nhóm đối chứng.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3
Qua phân tích diễn biến các giờ thực nghiệm sƣ phạm và kết quả xử lí bằng phƣơng pháp thống kê toán học điểm bài kiểm tra của học sinh, tơi có một vào nhận xét sau đây:
- Về cơ bản tiến trình dạy học đã soạn thảo tƣơng đối phù hợp với thực tế. Việc tổ chức các tình huống học tập, những định hƣớng hành động học tập đúng đắn và kịp thời đã kích thích, lơi cuốn học sinh tham gia vào hoạt động học tích cực, tự chủ tìm tịi giải quyết vấn đề, chiếm lĩnh tri thức, tạo điều kiện cho học sinh tiếp thu kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc.
- Trong quá trình học tập, học sinh có điều kiện đƣợc trao đổi, đƣợc diễn đạt ý kiến của mình. Qua đó, rèn luyện ở học sinh khả năng tƣ duy logic và phát triển năng lực sáng tạo. Giải bài tập vật lí theo phƣơng pháp có sử dụng phần