1.3.1 .Giáo dục và công nghệ
1.3.4. Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
1.3.4.1. Ưu điểm
- Là công cụ đắc lực, hỗ trợ cho việc xây dựng kiến thức.
- Giúp học sinh dễ hiểu bài, hiểu một cách sâu sắc hơn và nhớ bài lâu hơn cho việc thu nhận thông tin về sự vật, hiện tƣợng một cách sinh động, chình xác đầy đủ từ đó nâng cao hứng thú học tập bộ mơn, nâng cao lịng tin của học sinh vào khoa học.
- Giúp học sinh tiếp cận, làm quen với các thiết bị và công nghệ hiện đại. - Giúp cho bài học sinh động, phong phú, hấp dẫn đối với học sinh.
- Giúp giáo viên tiết kiệm đƣợc thời gian trên lớp trong mỗi tiết học, giúp giáo viên điều khiển đƣợc hoạt động của học sinh, kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của các em đƣợc thuận lợi và cho hiệu suất cao.
- Giải phóng ngƣời thầy khỏi một khối lƣợng lớn các cơng việc tay chân, do đó làm tăng khả năng nâng cao chất lƣợng dạy học.
- Đặc biệt nếu áp dụng phần mềm hữu ìch sẽ tìch cực hóa đƣợc hoạt động nhận thức của học sinh.
Với các lý do trên, việc ứng dụng CNTT&TT trong dạy học vật lý sẽ tạo một bƣớc chuyển cơ bản trong quá trính đổi mới nội dung chƣơng trính, phƣơng pháp giảng dạy và phƣơng pháp đào tạo.
1.3.4.2. Hạn chế
- Đòi hỏi đội ngũ giáo viên và học sinh phải có trính độ tin học, ngoại ngữ nhất định.
- Khi sử dụng máy tình điện tử ngƣời ta dễ mất cảm giác chân thức, thiếu đi những cảm xúc, xúc giác và ấn tƣợng thực. Do đó CNTT&TT chỉ hỗ trợ chứ khơng thay thế đƣợc các thì nghiệm thực hành.
- Việc sử dụng CNTT&TT tự phát đã tạo ra nhiều bài giảng chỉ đơn thuần là đƣa nội dung kiến thức thông thƣờng trong sách giáo khoa sang văn bản điện tử với mầu sắc sặc sỡ, đồ họa vui nhộn. Và ngƣời giáo viên dùng máy tình để dạy học cần phải biết chắc rằng, mính thiết kế cái gí, mính trính bày cái gí trƣớc, cái gí sau. Nếu khơng chú ý có thể làm lộ thông tin mà đáng lẽ học sinh phải là ngƣời khám phá và phát hiện.
Nhƣ vậy, khẳng định rằng “ Đổi mới phƣơng pháp dạy học vật lý bằng CNTT&TT là xu thế của thời đại ngày nay”. Tuy nhiên việc ứng dụng làm sao để khai thác hợp lì và hiệu quả của CNTT&TT vào dạy học nói chung và dạy học vật lý nói riêng lại cần phải có các nghiên cứu cụ thể và nghiêm túc.
1.4. Mục đích giảng dạy chƣơng dao động và sóng điện từ cho học sinh phổ thông với sự hỗ trợ của phần mền Matlab
1.4.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với một số mơ hình Matlab trong giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ” dạy chương “Dao động và sóng điện từ ”
Để HS có khả năng chiếm lĩnh và làm chủ kiến thức một cách nhanh, hiệu quả nhất thí trong quá trính DH ngƣời GV phải đƣa ra phƣơng pháp dạy học thìch hợp; hƣớng ngƣời học đi theo hƣớng phát hiện và giải quyết vấn đề một cách tự lực, tìch cực và đây là một trong số các phƣơng pháp mà chúng tôi đã sử dụng:
- Khi học về chƣơng dao động điện từ, đây là một chƣơng chủ yếu là lý thuyết mới nhƣng cũng lại có sự tƣơng đồng với kiến thức của chƣơng “dao động điều hoà” việc kết hợp giữa phƣơng pháp dạy học tìch cực nhƣ phiếu học tập KWL và cho học
sinh quan sát các mơ hính giúp các em hiểu đƣợc lý thuyết một cách sâu sắc, hay nhƣ kết thúc chƣơng, sử dụng lƣợc đồ tƣ duy sẽ giúp học sinh hệ thống đƣợc toàn bộ chƣơng và những khái niệm cần nắm vững.
1.4.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần mềm Matlab trong giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ” Matlab trong giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ”
Để sự kết hợp đó đƣợc hài hịa, mang lại hiệu quả cao thí ngƣời GV phải chú ý tới yếu tố sƣ phạm, quá trính tiến hành thiết kế bài giảng có sử dụng phần mềm Matlab phải đƣợc tiến hành theo các bƣớc nhƣ:
- Xác định mục tiêu của bài học.
- Xác định kiến thức cơ bản và trọng tâm mà HS cần đạt đƣợc trong bài học. - Xác định vốn kiến thức, kỹ năng và trính độ tƣ duy của HS.
- Khả năng ứng dụng CNTT của GV và HS. Xác định tính hính cơ sở vật chất của trƣờng sở tại.
- Mục đìch sƣ phạm cần đạt đƣợc sau khi kết thúc bài học. - Phƣơng pháp dạy học tìch cực sẽ sử dụng.
Qua q trính phân tìch, chúng ta nhận thấy việc ứng dụng CNTT cũng nhƣ các phần mềm vào q trính dạy và học trong các trƣờng phổ thơng là hoàn toàn cấp thiết và hoàn tồn phù hợp với tính hính về cơ sở vật chất của đại đa số các trƣờng học. Ngoài ra, ứng dụng CNTT vào q trính dạy, học cịn giúp cho HS mở ra nhiều cơ hội, nhiều lựa chọn nghề nghiệp cho tƣơng lai. Tạo khả năng hội nhập và sánh vai về kinh tế, khoa học giáo dục, công nghệ của Việt Nam với thế giới.
Kết luận chƣơng 1
Nội dung chƣơng 1 đã trính bày khái quát về những xu hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học cùng với một số định hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học Vật lý theo quan điểm lấy học sinh làm trung tâm - là cơ sở lì luận để đổi mới phƣơng pháp dạy học. Đây là những yêu cầu cấp bách trong dạy học hiện nay để có thể đáp ứng đƣợc nhu cầu đào tạo con ngƣời trong thời kỳ mới.
CNTT&TT có vai trị đặc biệt trong dạy học nói chung và trong dạy học Vật lý nói riêng.Việc ứng dụng CNTT trong dạy học giúp chúng ta đổi mới đƣợc nội dung và hính thức tổ chức dạy học, khắc phục những nhƣợc điểm của PPDH cũ. Và việc vận dụng nó vào trong dạy học sao cho phù hợp lại là một vấn đề hết sức quan trọng đối với ngƣời giáo viên, chình ví vậy việc kết hợp hiệu quả giữa phƣơng pháp dạy học tìch cực với ứng dụng CNTT&T trong giảng dạy là yếu tố hết sừc quan trọng.
Trong phạm vi đề tài chúng tôi chỉ đi sâu nghiên cứu và ứng dụng CNTT&TT trong dạy học vật lý mà trọng tâm là: “Sử dụng một số mơ hình dao động và sóng
điện từ được xây dựng bằng ngơn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương dao động và sóng điện từ Vật lý lớp 12 ban nâng cao”.
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MƠ HÌNH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG VÀ ỨNG DỤNG
2.1 Tổng quan về mơ hình
2.1.1 Định nghĩa mơ hình
Kiến thức và sự hiểu biết của các nhà khoa học về thế giới thƣờng đƣợc thể hiện trong các mơ hính. Có rất nhiều định nghĩa về mơ hính, theo định nghĩa của David W. Stockburger thí “Mơ hính là sự biểu diễn của nội dung về thuộc tình bản chất của sự vật hiện tƣợng trong thế giới thực”[22]. Cũng theo ơng, mơ hính có hai dạng chình. Thứ nhất là mơ hính vật lý, thì dụ nhƣ mơ hính máy bay, bản thiết kế kiến trúc của toà nhà. Thứ hai là mơ hính kì tự, thì dụ nhƣ chữ viết, chƣơng trính máy tình hay phƣơng trính tốn học.
Trong Vâ ̣t lý ho ̣c, V.A. Stopho đã đi ̣nh nghĩa mơ hình nhƣ sau: “Mơ hính là một hệ thống đƣợc hính dung trong óc hay đƣợc thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tình bản chất của đối tƣợng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mơ hính sẽ cung cấp cho ta những thơng tin mới về đối tƣợng”[trìch dẫn].
Mơ hính chỉ phản ánh một số thuộc tình bản chất của sự vật, hiện tƣợng đƣợc nghiên cứu. Điều này cho thấy là một sự vật, hiện tƣợng có thể đƣợc phản ánh bởi nhiều mơ hính khác nhau, trong đó mỗi mơ hính thể hiện một vài thuộc tình mà ta quan tâm và theo từng cách tiếp cận khác nhau của ngƣời xây dựng mơ hính. Vậy mơ hính khơng đồng nhất với sự vật, hiện tƣợng mà nó phản ánh.
2.1.2 Chức năng của mơ hình trong Vật lý học
Thế giới vật chất rất phong phú và đa dạng nhƣng lại có tình thống nhất. Rất nhiều sự vật, hiện tƣợng đã đƣợc mơ hính hóa trong trì tƣởng tƣợng của con ngƣời để từ đó
khám phá ra những mối quan hệ mới mà trƣớc đó chƣa ai biết đến. Các nhà khoa học với hƣớng tiếp cận khác nhau về những đối tƣợng khác nhau, nhƣng trong một hoàn cảnh cụ thể thí đối tƣợng Vật lý đƣợc phản ánh hoàn toàn giống nhau về bản chất. Phƣơng trính sóng có thể là sự mơ tả của sự lan truyền sóng âm trong khơng khì, cũng có thể mơ tả sự truyền sóng điện từ trong chân khơng... Điều đó thể hiện sự thống nhất của vật chất.
Trong Vật lý học, mơ hính có những chức năng chình nhƣ sau:
Mơ tả sự vật hiện tƣợng
Giải thìch các tình chất, hiện tƣợng có liên quan đến đối tƣợng
Tiên đốn các tình chất và các hiện tƣợng mới
Mơ hính trong Vật lý học có thể ứng dụng trong dạy học Vật lý. Mơ hính Vật lý có tình trực quan, đơn giản, tƣơng tự vật gốc, phản ánh một vài thuộc tình cơ bản trong điều kiện lý tƣởng. Quá trính dạy học khơng giống q trính nghiên cứu khoa học về nhiều mặt. Nghiên cứu khoa học nhằm mục đìch tím ra cái mới chƣa từng có. Dạy học nhằm đƣa kiến thức sẵn có của nhân loại đến với ngƣời học, trong đó ngƣời học chƣa từng biết đến kiến thức ấy. Dựa trên những nội dung hay định luật có sẵn, ngƣời tổ chức giờ học đƣa ngƣời học đến với kiến thức bằng cách thức riêng. Nếu sử dụng mơ hính Vật lý, ngƣời tổ chức giờ học có thể làm ngƣời học nhận thức một cách trực quan và tìch cực hơn dựa trên q trính tƣơng tác để nhận biết mối quan hệ giữa các sự vật, hiện tƣợng hay quy luật vận động của sự vật, hiện tƣợng đó.
2.1.3 Các loại mơ hình Vật lý
Mơ hính Vật lý thơng thƣờng đƣợc chia làm hai loại có chức năng khác nhau: mơ hính vật chất và mơ hính lý thuyết.
Mơ hính vật chất thể hiện những đặc trƣng của vật chất về mặt kiến trúc không gian, hính học, động lực học... và đƣợc sử dụng ở giai đoạn đầu của nhận thức (khi cần hính thành kiến thức kinh nghiệm hoặc những biểu tƣợng ban đầu về sự vật).
Mơ hính lý thuyết là những mơ hính trừu tƣợng và đƣợc chia làm hai loại: mơ hính kì hiệu và mơ hính biểu tƣợng. Mơ hính kì hiệu thƣờng thể hiện dƣới dạng cơng thức tốn học hay đồ thị. Trong đó cơng thức tốn học thay thế đối tƣợng nghiên cứu và đem lại thơng tin cần thiết rất nhanh chóng. Đồ thị cũng là một dạng mơ hính đƣợc sử dụng thƣờng xuyên trong Vật lý học. Các định luật Vật lý nhiều khi đƣợc xây dựng dựa vào đồ thị rồi mới suy ra công thức liên hệ giữa các đại lƣợng. Đồ thị không chỉ đem lại thông tin về quan hệ phụ thuộc giữa các đại lƣợng mà cịn có khả năng đƣa ra thơng tin tiên đốn về quy luật vận động của sự vật, hiện tƣợng. Thì dụ, khi quan sát đồ thị của dao động tắt dần học sinh dễ dàng quan sát đƣợc sự suy giảm của biên độ dao động theo thời gian.
Mơ hính biểu tƣợng là loại mơ hính trừu tƣợng nhất, khơng thể hiện trong khơng gian thực mà chỉ hính thành trong tƣ duy. Có nhiều đối tƣợng nghiên cứu cần đƣợc mơ hính hóa dạng biểu tƣợng, thì dụ: mơ hính trƣờng điện từ, photon, mơ hính phân tử trong thuyết động học phân tử của chất khì, mơ hính vật đen tuyệt đối...
2.1.4 Phương pháp mơ hình trong nghiên cứu vật lý và các giai đoạn của của nó
Trong phƣơng pháp mơ hính, ngƣời ta xây dựng các mơ hính mang những tình chất cơ bản của vật thể, hiện tƣợng, quá trính và mối quan hệ giữa chúng. Việc nghiên cứu trên mơ hính sẽ thay thế cho việc nghiên cứu trên đối tƣợng thực, những kết quả nghiên cứu trên mơ hính sẽ chuyển sang cho đối tƣợng gốc, giúp ta thu đƣợc những thơng tin mới về đối tƣợng gốc, dự đốn đƣợc tình chất hiện tƣợng mới có thể có của đối tƣợng nghiên cứu.
Nhín chung, phƣơng pháp mơ hính trong vật nghiên cứu Vật lý có các giai đoạn nhƣ sau:
Giai đoạn 1: Nghiên cứu những tình chất của đối tƣợng gốc
Bằng quan sát thƣ̣c nghiê ̣m, ngƣời ta xác đi ̣nh đƣợc mô ̣t tâ ̣p hợp nhƣ̃ng tính chất của đối tƣợng nghiên cứu . Giai đoa ̣n này còn đƣợc go ̣i là tập hợp những dữ kiện ban đầu làm cơ sở để xây dựng mơ hính.
Giai đoạn 2: Xây dựng mơ hính
Do kết quả của sự tƣơng tự, ngƣời ta xây dựng một mơ hính sơ bộ , chƣa đầy đủ. Mơ hính này mới chỉ có trong óc ngƣời nghiên cứu . Trong giai đoa ̣n này , trì tƣởng tƣơ ̣ng và trƣ̣c giác giƣ̃ mô ̣t vai trò hết sƣ́ c quan tro ̣ng. Nó giúp ngƣời nghiên cứu rút ra những thuộc tình căn bản , những mối quan hệ cần thiết để tạo ra hính mẫu trong tƣ duy. Dựa vào hính mẫu này nhà nghiên cƣ́u xây dƣ̣ng nhƣ̃ng mơ hình thâ ̣t hoặc các mơ hính kì hiệu . Trong trƣờng hợp mơ hìn h lý tƣởng , ngƣời ta thƣờng đem đới chiếu mơ hính trong tƣ duy với nhƣ̃ng vâ ̣t, nhƣ̃ng hiê ̣n tƣợng mà ngƣời ta quen biết.
Giai đoa ̣n 3: Thao tác trên mơ hính, suy ra hệ quả lý thuyết
Sau khi xây dƣ̣ng mô hình , ngƣời ta áp dụng các phƣơng pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau tác động lên mơ hính và thu đƣợc kết quả và các thơng tin mới. Đối với mơ hính vật chất ngƣời ta làm thì nghiệm thực trên mơ hính, đối với mơ hính lý tƣởng thí tiến hành các thao tác logic trong óc, tức là áp dụng những phép tình hay những phép suy luận logic trên các ký hiệu . Ngƣời ta coi viê ̣c này nhƣ làm mô ̣t thí nghiê ̣m đă ̣c biê ̣t go ̣i là thí nghiê ̣m lý tƣởng . Thì nghiệm lý tƣởng tuy khơng có thật nhƣng có vai trò rất lớn trong khoa ho ̣c. Theo Heisenbërg: Thì nghiệm đó đƣợc sáng tạo ra để giải thìch những vấn đề đặc biệt quan trọng , bất kể là thƣ̣c tế ta có thể thƣ̣c hiê ̣n đƣợc thí nghiê ̣m đó hay không . Dĩ nhiên, điều quan tro ̣ng là thí nghiê ̣m đó có thể thƣ̣c hiê ̣n đƣợc về nguyên tắc mă ̣c dù kỹ thuâ ̣t thƣ̣c nghiê ̣m của nó có thể rất phƣ́c ta ̣p . Trong phƣơng pháp mơ hính lý tƣởng, ngƣời ta có thể dự đốn đƣợc sự vận động của mơ hính trong những điều kiện xác định theo những quy luật riêng. Kết quả cần thu đƣợc đó là những hệ quả của q trính tƣơng tác hoặc mức độ cụ thể trong từng phép thử với các điều kiện khác nhau. Vật lý hiện đại phát triển đã cho thấy rằng mơ hính đem lại kết quả nhanh chóng hơn và tƣơng đối chình xác. Điều này giúp cho quá trính
tạo ra một phát minh hay sáng chế rút ngắn bớt thời gian, giảm chi phì và cũng đồng nghĩa với việc giảm bớt khó khăn trong lao động khoa học.
Thì nghiệm lý tƣởng thực chất là một thao tác logic , chƣ́ không phải là mô ̣t phƣơng pháp n ghiên cƣ́u khách quan , nhƣ̃ng kết quả trên mô hình phải đƣợc chuyển về đối tƣơ ̣ng nghiên cƣ́u (đối tƣợng gốc) xem có phù hợp hay không.
Giai đoa ̣n 4: Thực nghiệm kiểm tra
Thực tiễn là tiêu chuẩn để kiểm nghiệm những sản phẩm của tƣ duy. Bản thân mơ hính là một sản phẩm của nhận thức nên cần phải kiểm tra sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu đƣợc từ mơ hính với những kết quả thu đƣợc từ đối tƣợng