10. Cấu trúc luận văn
1.5.2. Thực tế việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
Những ưu điểm nổi bật của phương pháp dạy học bằng công nghệ thông tin so với phương pháp giảng dạy truyền thống [22]:
- Môi trường đa phương tiện kết hợp những hình ảnh vedeo, camera … với âm thanh, văn bản, biểu đồ … được trình bày qua máy tính theo kịch bản vạch sẵn nhằm đạt hiệu quả tối đa qua một quá trình học đa giác quan;
- Kĩ thuật đồ hoạ nâng cao có thể mơ phỏng nhiều quá trình, hiện tượng trong tự nhiên, xã hội trong con người mà không thể hoặc không nên để xảy ra trong điều kiện nhà trường;
- Cơng nghệ tri thức nối tiếp trí thơng minh của con người, thực hiện những cơng việc mang tính trí tuệ cao của các chuyên gia lành nghề trên những lĩnh vực khác nhau; - Những ngân hàng dữ liệu khổng lồ và đa dạng được kết nối với nhau và với người sử dụng qua những mạng máy tính kể cả Internet … có thể được khai thác để tạo nên những điều kiện cực kì thuận lợi và nhiều khi không thể thiếu để học sinh học tập trong hoạt động và bằng hoạt động tự giác, tích cực và sáng tạo, được thực hiện độc lập hoặc trong giao lưu.
Những thí nghiệm, tài liệu được cung cấp bằng nhiều kênh: kênh hình, kênh chữ, âm thanh sống động làm cho học sinh dễ thấy, dễ tiếp thu và bằng suy luận có lý, học sinh có thể có những dự đốn về các tính chất, những quy luật mới. Đây là một công dụng lớn của công nghệ thơng tin và truyền thơng trong q trình đổi mới phương pháp dạy học. Có thể khẳng định rằng, mơi trường công nghệ thơng tin và truyền thơng chắc chắn sẽ có tác động tích cực tới sự phát triển trí tuệ của học sinh và điều này làm nảy sinh những lý thuyết học tập mới.
Theo nhận định của một số chun gia, thì việc đưa cơng nghệ thơng tin và truyền thông ứng dụng vào lĩnh vực giáo dục và đào tạo bước đầu đã đạt được những kết quả khả quan. Tuy nhiên, những gì đã đạt được vẫn cịn hết sức khiêm tốn. Khó khăn, vướng mắc và những thách thức vẫn cịn ở phía trước bởi những vấn đề nảy sinh từ thực tiễn.
Tuy máy tính điện tử mang lại rất nhiều thuận lợi cho việc dạy học nhưng trong một mức độ nào đó, thì cơng cụ hiện đại này cũng khơng thể hỗ trợ giáo viên hồn tồn trong các bài giảng của họ. Nó chỉ thực sự hiệu quả đối với một số bài giảng chứ khơng phải tồn bộ chương trình do nhiều nguyên nhân, mà cụ thể là, với những bài học có nội dung ngắn, khơng nhiều kiến thức mới, thì việc dạy theo phương pháp truyền thống sẽ thuận lợi hơn cho học sinh, vì giáo viên sẽ ghi tất cả nội dung bài học đó đủ trên một mặt bảng và như vậy sẽ dễ dàng củng cố bài học từ đầu đến cuối mà không cần phải lật lại từng “slide” như khi dạy trên máy tính điện tử. Những mạch kiến thức “vận dụng” đòi hỏi giáo viên phải kết hợp với phấn trắng bảng đen và các phương pháp dạy học truyền thống mới rèn luyện được kĩ năng cho học sinh.
Bên cạnh đó, kiến thức, kỹ năng về cơng nghệ thơng tin ở một số giáo viên vẫn còn hạn chế, chưa đủ vượt ngưỡng để đam mê và sáng tạo, thậm chí cịn né tránh. Mặc khác, phương pháp dạy học cũ vẫn cịn như một lối mịn khó thay đổi, sự uy quyền, áp đặt vẫn chưa thể xoá được trong một thời gian tới. Việc dạy học tương tác giữa người - máy, dạy theo nhóm, dạy phương pháp tư duy sáng tạo cho học sinh, cũng như dạy học sinh cách biết, cách làm, cách chung sống và cách tự khẳng định mình vẫn cịn mới mẻ đối với giáo viên và đòi hỏi giáo viên phải kết hợp hài hòa các phương pháp dạy học đồng thời phát huy ưu điểm của phương pháp dạy học này làm hạn chế những nhược điểm của phương pháp dạy học truyền thống. Điều đó làm cho cơng nghệ thơng tin, dù đã được đưa vào quá trình dạy học, vẫn chưa thể phát huy tính trọn vẹn tích cực và tính hiệu quả của nó.
Việc sử dụng cơng nghệ thông tin để đổi mới phương pháp dạy học chưa được nghiên cứu kỹ, dẫn đến việc ứng dụng nó khơng đúng chỗ, khơng đúng lúc, nhiều khi lạm dụng nó. Việc đánh giá một tiết dạy có ứng dụng cơng nghệ thơng tin cịn lúng túng, chưa xác định hướng ứng dụng công nghệ thơng tin trong dạy học. Chính sách, cơ chế quản lý cịn nhiều bất cập, chưa tạo được sự đồng bộ trong thực hiện. Các phương tiện, thiết bị phục vụ cho việc đổi mới phương pháp dạy học bằng phương tiện chiếu projector … còn thiếu và chưa đồng bộ và chưa hướng dẫn sử dụng nên chưa triển khai rộng khắp và hiệu quả.
Việc kết nối và sử dụng Internet chưa được thực hiện triệt để và có chiều sâu; sử dụng khơng thường xun do thiếu kinh phí, do tốc độ đường truyền. Công tác đào tạo, công tác bồi dưỡng, tự bồi dưỡng đội ngũ giáo viên chỉ mới dừng lại ở việc xoá mù tin học nên giáo viên chưa đủ kiến thức, mất nhiều thời gian và công sức để sử dụng công nghệ thông tin trong lớp học một cách có hiệu quả.
Để ứng dụng được CNTT trong dạy học có hiệu quả GV cần phải có được những kỹ năng cơ bản sau:
- Soạn thảo văn bản (MS Word ...): Dùng để soạn giáo án, văn bản… - Bảng tính điện tử (MS Excel): Dùng để thống kê, tính điểm…
- Trình diễn điện tử (MS PowerPoint, Violet ...): Dùng để soạn và dạy bài giảng điện tử, báo cáo, trình bày một vấn đề nào đó…
- Sử dụng phần mềm Math Type để đánh cơng thức Vật lý, Tốn…
- Sử dụng phần mềm Matlab, Crocodile Physics và các phần mềm thí nghiệm khác. - Sử dụng trình duyệt web (Mozilla FireFox, Internet Explorer ...): Dùng để trao đổi và tìm kiếm thơng tin trên mạng Internet hoặc mạng nội bộ của cơ quan.
- Sử dụng email: Dùng để trao đổi thư từ với đồng nghiệp, phụ huynh, học sinh... - Thiết kế trang web, blog cá nhân: Dùng để trao đổi thông tin liên quan đến chuyên môn, giúp HS học tập thông qua mạng, mở rộng khơng gian giao tiếp giữa thầy-trị, đồng nghiệp...
- Cũng cần phải biết chụp ảnh, quay phim và chuyển tư liệu vào máy tính.
Việc ứng dụng CNTT trong giảng dạy phải luôn hướng vào mục tiêu đào tạo và phát triển năng lực giải quyết vấn đề của học sinh, phải góp phần đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, phát triển tư duy độc lập của học sinh.
Việc đưa CNTT vào giảng dạy phải phù hợp với cơ sở vật chất, đặc điểm và điều kiện của từng đơn vị, đặc biệt chú ý đến việc trang bị phương tiện kỹ thuật đồng bộ với việc bồi dưỡng, nâng cao trình độ và kỹ năng ứng dụng CNTT của đội ngũ giáo viên. Giữa thiết bị thật và thí nghiệm ảo phải có sự phù hợp nhất định, đặc biệt về yêu cầu sư phạm. Những thiết bị, dụng cụ thí nghiệm căn bản chỉ được hỗ trợ bằng CNTT chứ khơng thể thay thế hồn tồn bằng CNTT [19].
Để xác định những đồ dùng dạy học nào nên ứng dụng CNTT, những đồ dùng dạy học nào không nên ứng dụng CNTT, giáo viên cần căn cứ vào: Chủng loại đồ dùng dạy học, tính chất vật lý của chúng (kích thước, hình dạng, cấu tạo…); mục tiêu, nội dung, phương pháp dạy học của môn học, khả năng của phần mềm và các giải pháp CNTT; mục đích áp dụng CNTT; mức độ phù hợp giữa CNTT và thiết bị… [19].
Đối chiếu với thực tiễn hoạt động dạy giải bài tập vật lý và ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý ở trường THPT hiện nay, chúng tôi dự kiến soạn thảo hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm tốn học Matlab, dựa trên một số nguyên tắc khi xây dựng hệ thống BTVL:
- Bám sát mục tiêu dạy học
- Đảm bảo phù hợp với trình độ học sinh
- Đảm bảo tính phân hố khi sử dụng bài tập trong dạy học, phải đi từ dễ, cơ bản sau đó phát triển các bài tập ở mức độ khó tăng dần.
- Lựa chọn bài tập đa dạng, đủ các loại bài tập trong đề tài vật lý đã chọn.
- Mỗi bài tập trong hệ thống là một mắt xích, có thể sự dụng kiến thức ôn tập của bài trước và mở ra hướng phát triển bài tập tiếp theo.
Kết luận chƣơng 1
Trong chương này chúng tơi đã trình bày một số vấn đề cơ sở lí luận dạy học hiện đại; vai trò, ý nghĩa của CNTT trong dạy học; lý luận về dạy giải BTVL ở trường phổ thông. Đồng thời chúng tôi cũng giới thiệu về phần mềm tốn học Matlab như: mơi trường làm việc, sử dụng phần mềm Matlab. Để giải quyết nhiệm vụ đề ra của luận văn, chúng tôi quan tâm đến các vấn đề nghiên cứu sau :
- Để học sinh hoạt động học tập một cách có hiệu quả, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức thì đồng thời với việc tổ chức tình huống học tập cho học sinh cần có sự định hướng hành động của học sinh một cách đúng đắn nhất, phù hợp với trình độ của học sinh
- Để phát huy đầy đủ vai trò của học sinh trong sự tự chủ hoạt động xây dựng kiến thức, vai trò của giáo viên trong việc tổ chức tình huống học tập và định hướng tìm tịi xây dựng tri thức của học sinh, đồng thời cho học sinh làm quen với việc xây dựng tri thức của học sinh,đồng thời cho học sinh làm quen với việc xây dựng và bảo vệ cái mới trong nghiên cứu khoa học thì có thể tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh theo hướng sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại như các phần mềm dạy học hỗ trợ trong quá tình dạy học
- BTVL không chỉ là một cơng cụ hữu hiệu để kích thích và duy trì hứng thú học tập của học sinh mà còn giúp học sinh làm quen với các phương pháp nghiên cứu khoa học,rèn được kỹ năng làm bài tập của học sinh. Do đó yếu tố vơ cùng quan trọng, cơ sở để giáo viên soạn thảo tiến trình dạy học một tri thức cụ thể là việc soạn thảo được một hệ thống bài tập đối với tri thức cần dạy phù hợp với trình độ học sinh,bám sát nút mục tiêu học.
Tất cả những điều trên sẽ được chúng tôi vận dụng để soạn thảo một hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học nhờ sử dụng phần mềm toán học Matlab ở một số bài tập vật lý thuộc chương “Dòng điện xoay chiều” Vật Lý 12 THPT Ban nâng cao.
CHƢƠNG 2
SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATLAB VÀO CHƢƠNG “DÕNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 THPT BAN NÂNG CAO
NHẰM GĨP PHẦN PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC VÀ TỰ CHỦ, BỒI DƢỠNG NĂNG LỰC SÁNG TẠO CỦA HỌC SINH 2.1. Đặc điểm, cấu trúc nội dung chƣơng “Dòng điện xoay chiều” vật lí 12
2.1.1. Vị trí chương “Dịng điện xoay chiều”trong chương trình vật lí phổ thơng
Chương “Dòng điện xoay chiều” là chương thứ 5 của sách Vật lý 12 THPT nâng cao. Trong sách giáo khoa vật lý lớp 12 chương này đề cập đến các vấn đề sau:
- Khái niệm về dòng điện xoay chiều và các đại lượng vật lý đặc trưng cho dòng điện xoay chiều.
- Mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý trong các mạch điện cơ bản và trong mạch không phân nhánh.
- Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy phát điện xoay chiều một pha, 3 pha. - Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của động cơ không đồng bộ ba pha. - Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của máy biến thế.
- Vấn đề truyền tải điện năng đi xa.
Việc nắm vững các khái niệm, hiện tượng trong chương này giúp học sinh có cơ sở nắm được các ứng dụng cơ bản của dòng điện xoay chiều trong thực tiễn đời sống.
2.1.2. Cấu trúc nội dung chương “Dòng điện xoay chiều” vật lý 12 nâng cao
2.1.2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức chƣơng “Dòng điện xoay chiều”
Dòng điện xoay chiều là một phần của Điện học, trong đó người ta đi nghiên cứu nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều, các đại lượng vật lý đặc trưng cho mạch điện xoay chiều.
Ở chương này ta nghiên cứu về phương thức sản xuất ra dòng điện xoay chiều, cách biến đổi dòng điện xoay và phương thức truyền tải dòng điện xoay chiều đi xa. Lơgíc nội dung kiến thức của chương có thể được mơ tả bằng sơ đồ sau:
Dòng điện xoay chiều
Sản xuất, biến đổi và truyền tải dòng điện xoay chiều
Đại cƣơng về dòng điện xoay chiều
Truyền tải điện năng Máy biến áp Máy phát điện xoay chiều Động cơ không đồng bộ 3 pha Một pha Ba pha
Công suất của dòng điện xoay chiều
Các đại lượng điện đặc trưng của
mạch điện xoay chiều
Mối quan hệ giữa các đại lượng điện trong
mạch điện xoay chiều không
phân nhánh
Cảm kháng
Mạch cơ bản Điện áp Cường độ dòng điện Điện trở thuần khángDung
Mạch cơ bản
R L C
Hình 2.1. Sơ đồ cấu trúc nội dung kiến thức chƣơng “Dòng điện xoay chiều” (tham khảo)
Máy phát điện xoay chiều Mạch RLC
2.1.2.2. Diễn giải Sơ đồ cấu trúc nội dung chƣơng “Dòng điện xoay chiều”
a. Khái niệm về các đại lượng vật lý đặc trưng cho dòng điện xoay chiều - Giá trị tức thời của dòng điện xoay chiều: Là giá trị tại mỗi một thời điểm
của suất điện động (e), hiệu điện thế (u), cường độ dịng điện (i) và nó được tính bằng:
e = E0 cos ( t + e) (2.1)
u = U0 cos( t + u) (2.2) i = I0 cos( t + i) (2.3)
- Giá trị cực đại của dòng điện xoay chiều: Các giá trị E0, U0, I0 trong công
thức 2.1, 2.2, 2.3 lần lượt là suất điện động cực đại, hiệu điện thế cực đại, cường độ dòng điện cực đại của dòng điện xoay chiều.
- Khái niệm về giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều:
Cường độ hiệu dụng của dòng điện xoay chiều bằng cường độ của dịng điện khơng đổi mà nếu chúng lần lượt đi qua cùng một điện trở thuần trong cừng một khoảng thời gian thì toả ra cùng một nhiệt lượng . Cường độ hiệu dụng của dòng xoay chiều có độ lớn tính bằng
2
0
I I
Hiệu điện thế của dịng điện xoay chiều tính bằng:
2
0
U U
Suất điện động hiệu dụng của dịng xoay chiều có độ lớn tính bằng
2
0
E E
- Khái niệm về cảm kháng và dung kháng:
Tác dụng cản trở dòng điện xoay chiều của cuộn cảm (nó có vai trị như điện trở trong định luật Ơm cho dịng điện khơng đổi) được gọi là cảm kháng (ZL). Nó phụ thuộc vào độ tự cảm (L) của cuộn dây và tần số góc ( ) của dịng điện. Độ lớn của cảm kháng được tính bằng công thức: ZL = L.
Tác dụng cản trở dịng điện xoay chiều của tụ điện (nó có vai trị như điện trở trong định luật Ơm cho dịng điện không đổi) được gọi là dung kháng (ZC). Nó phụ thuộc vào điện dung (C) của tụ điện và tần số góc ( ) của dịng điện. Độ lớn của cảm kháng được tính bằng cơng thức:
C ZC 1
- Độ lệch pha : Tuỳ thuộc vào tính chất của mạch điện xoay chiều mà pha
của cường độ dòng điện và pha của hiệu điện thế có những giá trị khác nhau. Hiệu giá trị giữa pha của hiệu điện thế và pha của cường độ dòng điện được gọi là độ lệch pha giữa hiệu điện thế và cường độ dòng điện và ngược lại.
I UR C U U L U U
- Cơng suất của dịng điện xoay chiều: Cơng suất trung bình tiêu thụ trong
mạch điện xoay chiều được tính bằng cơng thức: P = U.I. cos . Với cos được gọi là hệ số công suất.
Trong mạch điện chỉ có điện trở thuần mới tiêu thụ điện năng, cịn tụ điện và cuộn dây thuần cảm không tiêu thụ điện năng.
b. Mạch điện xoay chiều sơ cấp