1.1 .Vai trị của tốn học trong dạy và học vật lí ở trƣờng phổ thơng
1.3. Thực trạng việc bồi dƣỡng kiến thức, kĩ năng toán học trong dạy học vật lí ở
vật lí ở trƣờng THPT An Lão – Hải Phịng
Trường THPT An Lão - Thành Phố Hải Phòng thuộc một huyện thuần nông, xa trung tâm thành phố. Trường được thành lập năm 1965, cơ sở vật chất còn thiếu thốn. Cuộc sống của giáo viên tương đối khó khăn, trình độ học sinh vùng nơng thơn cịn nhiều hạn chế chưa bắt kịp được những tiến bộ của khoa học. Từng là học sinh học tại mái trường này, tơi hiểu cái khó khăn của học sinh trong việc tiếp thu các kiến thức toán học. Đặc biệt là trong thời gian tôi học tại trường các giáo viên trang bị những kiến thức toán học cho học sinh nghiên cứu vật lí cịn nhiều hạn chế. Khi cơng tác tại trường, trên cương vị là giáo viên giảng dạy mơn vật lí tại trường THPT An Lão - Hải Phịng từ
năm 2003, qua nhiều năm theo dõi kết quả kiểm tra của học sinh với các bài định kỳ, bài thi học sinh giỏi thành phố và bài thi đại học thuộc kiến thức chương "Dao động cơ", nhận thấy rằng các kết quả của học sinh thuộc chương này thấp so với mặt bằng chung của các chương khác. Mặc dù chương này là phần kiến thức quan trọng để học các phần tiếp theo của vật lí 12. Q trình tìm hiểu thực trạng của việc bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng của toán học trong dạy học vật lí ở Trường THPT An Lão - Hải Phòng trong nhiều năm tôi nhận thấy rằng:
+ Đối với các giáo viên dạy tốn: ở trường tơi thấy rằng hầu như các thầy cô giáo chỉ dạy những kiến thức bằng những con số khơ khan của tốn học, chưa dạy kỹ được những phần tốn học có liên quan đến vật lí. Có thể họ cho rằng những vấn đề liên quan đến vật lí học sẽ được các thầy cơ giáo dạy vật lí phân tích và dạy lại cho các em.
+ Đối với các thầy cơ giáo dạy vật lí: phần lớn lại cho rằng những phần vật lí nào liên quan đến tốn học thì học sinh đã được học kỹ ở mơn tốn. Cho nên khi học vật lí liên quan đến tốn học thì các thầy cơ giáo coi như học sinh đã biết, đã hiểu và chỉ cần áp dụng những kiến thức đó vào q trình giải thích các hiện tượng và biểu diễn các đại lượng vật lí.
+ Đối với học sinh: do hạn chế của khu vực nông thôn về điều kiện sống và học tập, phần thì cuộc sống khó khăn, phần thì kiến thức của mơn học lại chưa gắn kết chặt chẽ với nhau đặc biệt là mối quan hệ giữa toán học và vật lí học. Cho nên việc vận dụng các kiến thức, kỹ năng tốn học vào vật lí cịn rất hạn chế.
Dựa trên thực trạng đó tơi đã chọn đề tài nghiên cứu cần phải bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng toán học trong dạy học vật lí ở trường THPT An Lão - Hải Phòng nhằm giúp cho học sinh hiểu sâu sắc về các mối quan hệ logic giữa toán học với các hiện tượng và định luật vật lí. Giải quyết vấn đề này, hy vọng sẽ giúp giáo viên dạy mơn vật lí có cách nhìn mới về việc phải
bồi dưỡng kiến thức, kỹ năng toán cho học sinh trong khi giảng dạy bộ mơn của mình. Bên cạnh đó cũng đề xuất một số kiến nghị với các giáo viên toán trong giảng dạy cần phải liên hệ, phân tích một cách sâu sắc những kiến thức tốn học mà học sinh sử dụng để học và tìm hiểu về vật lí.
Để giải quyết được những vấn đề nêu trên trước hết phải trao đổi với lãnh đạo cơ quan xin ý kiến chỉ đạo. Sau đó trình bày các vấn đề khó khăn và những tìm hiểu về thực trạng chung của trường với giáo viên trực tiếp giảng dạy vật lí và giảng dạy mơn tốn. Trên cơ sở đó chúng tơi tiến hành quá trình điều tra, thăm dị đối với học sinh và giáo viên của trường để làm tư liệu cho quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài của luận văn. Trong giới hạn của luận văn này chứng tôi chỉ đi sâu nghiên cứu việc bồi dưỡng kiến thức và kỹ năng tốn học trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng thuộc chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương tình nâng cao.
Để đạt được mục tiêu của đề tài luận trong văn này, điều đầu tiên phải tiến hành là công tác điều tra, thăm dị để làm sáng tỏ những phân tích trong mục 1.3
1.3.1. Phương pháp điều tra, thăm dò
1.3.1.1. Điều tra học sinh
Dùng phiếu điều tra để thu thập thông tin của học sinh để tìm hiểu những khó khăn gặp phải khi học tập, nghiên cứu hiện tượng và định luật vật lí của chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao. Bởi lẽ học sinh là đối tượng để nghiên cứu và giải quyết trong luận văn này. Thơng qua phiếu điều tra có thể nắm được các em cịn thiếu hoặc khó khăn gì để giáo viên giảng dạy vật lí, cũng như tốn học bổ sung và khắc phục, giúp cho các em không những hiểu sâu sắc các khái niệm, định luật và hiện tượng vật lí mà cịn cịn có khả năng áp dụng để giải các bài tốn vật lí một cách thành thạo. Nội dung của phiếu điều tra như sau:
Phiếu điều tra, thăm dò ý kiến học sinh
STT Nội dung câu hỏi
Ý kiến học sinh Ghi chú Có Khơng
Câu 1
Tốn học có cần thiết để nghiên cứu các hiện tượng và định luật vật lí khơng?
Câu 2
Khi học mơn tốn các em có được thầy cơ giáo giải thích sâu và nhấn mạnh ứng dụng của toán trong học tập và nghiên cứu vật lí khơng?
Câu 3
Khi học môn vật lí các em có được các thầy cơ giáo dạy vật lí cung cấp kiến thức và kỹ năng giải toán cho việc nghiên cứu các hiện tượng, định luật và các bài tốn vật lí khơng (chủ yếu là chương dao động cơ vật lí 12 chương trình nâng cao)?
Câu 4
Hiện tại các em được học toán và nghiên cứu vật lí bằng tốn học, các em có cảm thấy khó khăn khi nghiên cứu nếu thiếu kiến thức, kỹ năng về giải tốn?
Câu 5
Nếu có một đề tài nghiên cứu và giúp đỡ các em củng cố phần kiến thức, kỹ năng toán học nhằm giúp các em học tốt chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao các em có thấy cần thiết?
Câu 6 Khi nghiên cứu các hiện tượng và đại lượng vật lí của chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao các em cảm thấy vấn đề gì là khó khăn nhất?
Ý kiến đề xuất của các em trong quá trình nghiên cứu chương " Dao động cơ"
1.3.1.2. Thăm dò giáo viên
Bản thân tác giả của đề tài thấy được sự khó khăn khi sử dụng kiến thức tốn học trong giảng dạy, nghiên cứu vật lí thuộc chương trình trung học phổ thơng nói chung và chương " Dao động cơ" nói riêng, đồng thời cũng nhận thấy các em học sinh gặp nhiều khó khăn khi học tập và tìm hiểu kiến thức mới. Điều này làm cho các em kém hấp dẫn khi học mơn vật lí. Một số học sinh cịn cho rằng: Vật lí thực sự khó hiểu và khơng có ý nghĩa thực tiễn. Để minh chứng cho những nhận định này tác giả cũng sử dụng phương pháp điều tra, thăm dị thơng tin đối với các giáo viên giảng dạy vật lí của trường. Song song với việc đó chúng tơi cũng thăm dị giáo viên giảng dạy mơn tốn về các kiến thức và kỹ năng tốn học liên quan đến vật lí.
Nội dung phiếu thăm dị đối với giáo viên tốn và vật lí như sau:
Phiếu điều tra, thăm dò ý kiến giáo viên tốn và vật lí.
STT Nội dung câu hỏi
Ý kiến giáo viên Ghi chú Có Khơng Câu 1 (GV Lí)
Khi giảng dạy mơn vật lí các
Thầy(Cơ) thấy có cần thiết phải bồi dưỡng các kiến thức và kỹ năng toán cho học sinh khi nghiên cứu các hiện tượng vật lí?
Câu 2 (GV Tốn)
Khi các Thầy, cơ giáo giảng dạy mơn tốn học các thầy cơ có thời gian để giải thích vai trị của toán học trong nghiên cứu mơn vật lí?
Câu 3 (GV
Khi giảng dạy mơn vật lí các thầy cơ thấy có thời gian để cung cấp, trang bị cho các em học sinh những kiến thức cơ bản của tốn học để nghiên
Lí) cứu vật lí? Câu 4
(GV Lí)
Nếu có một đề tài luận văn nghiên cứu về cách thức của việc bồi dưỡng kiến thức và kỹ năng toán cho học sinh khi nghiên cứu chương " Dao động cơ" vật lí 12 chương trình nâng cao, các thầy cơ cảm thấy có cần thiết và hữu ích?
Câu 5 Ý kiến đề xuất của các Thầy, cơ giáo giảng dạy mơn vật lí và tốn học ?
1.3.2. Kết quả điều tra
Trên cơ sở điều tra học sinh và thăm dò giáo viên kết quả của các phiếu như sau:
1.3.2.1. Kết quả điều tra của học sinh
Tổng số học sinh được điều tra là 213 gồm 4 lớp 12 của trường THPT An Lão - Hải Phòng là 12A3, 12A4, 12A6, 12A7. Kết quả điều tra như sau:
Kết quả điều tra học sinh
STT Nội dung câu hỏi
Ý kiến học sinh Ghi chú Có Khơng 1. Câu 1 213 (100%) 0 (0%) 2. Câu 2 190 (89,2%) 23 (10,8%) 3. Câu 3 185 (86,85%) 23 (13,15%) 4. Câu 4 213 (100%) 0 (0%) 5. Câu 5 213 (100%) 0 (0%) 6. Câu 6:
Đại đa số các học sinh đều cảm thấy rất khó hiểu về cách hình thành, giải thích các hiện tượng và đại lượng vật lí. Tìm hiểu định tính và
định lượng đều gặp khó khăn. Việc chứng minh các hiện tượng vật lí phải sử dụng các phương trình tốn học cịn khó khăn hơn. Các ý kiến đề xuất của học sinh:
+ Khi giảng dạy mơn tốn các thầy cơ cần giải thích sâu sắc hơn những nội dung kiến thức, kỹ năng toán học cho học sinh hoặc chỉ ra những phần trọng tâm để các em nghiên cứu và ghi nhớ những vấn đề có liên quan đến vật lí nói chung.
+ Đối với các thầy cơ giảng dạy vật lí: Khi giảng dạy các thày cô dạy theo tiến độ và bổ sung thêm những kiến thức có liên quan. Các thầy cơ cũng thường xuyên củng cố các phần đó bằng cách làm nhiều các bài tập để tạo thành kỹ năng cho học sinh. Như vậy các em có thể dễ dàng tiếp thu và hiểu rõ bản chất khi tìm hiểu các vấn đề về vật lí.
1.3.2.2. Kết quả thăm dị giáo viên
Tổng số giáo viên được hỏi ý kiến: + Giáo viên giảng dạy toán: 10 + Giáo viên giảng dạy vật lí: 10
Kết quả thăm dị giáo viên
STT Nội dung câu hỏi Ý kiến giáo viên Ghi chú Có Khơng
1. Câu 1 (GV Lí) 10(100%) 0(0%)
2. Câu 2 (GV Toán) 0(0%) 10(100%)
3. Câu 3 (GV Lí) 2(20%) 8(80%)
4. Câu 4 (GV Lí) 10(100%) 0(0%)
5. Câu 5: Ý kiến của các thầy cơ giáo dạy vật lí
+ Các thầy cơ giáo dạy tốn cần trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản và trọng tâm của tốn học có liên quan đến vật lí. Trên cơ sở đó các thầy cô giáo dạy vật lí củng cố thêm cho học sinh những kiến thức tốn học sử dụng để nghiên cứu vật lí làm cho học sinh dễ hiểu và có những liên hệ sâu sắc hơn.
+ Nên có những phần kiến thức toán củng cố cho học sinh dưới dạng bài tập để học sinh ôn lại và nhập tâm những kiến thức vật lý cần học tập và nghiên cứu.
Thông qua các phiếu điều tra thăm dò ý kiến học sinh và phiếu thăm dò ý kiến của các Thầy cơ giáo dạy tốn và vật lí ở trường THPT An Lão - Hải Phòng cho phép nhận định rằng: Những kiến thức tốn học khơng chỉ quan trọng đối với mơn tốn mà cịn rất quan trọng cho vật lí. Bởi lẽ học sinh muốn học tốt mơn vật lí phải nắm được kiến thức cơ bản của toán học. Do vậy việc bồi dưỡng những kiến thức tốn học khơng chỉ là cơng việc của các thầy cô giáo dạy tốn mà cịn là phần việc quan trọng của các giáo viên vật lí. Việc bồi dưỡng từng phần kiến thức toán học cho học sinh nghiên cứu vật lí là trách nhiệm không những đối với giáo viên toán mà phần quan trọng nhất phải là giáo viên vật lí. Ngồi việc giải thích các hiện tượng vật lí một cách định tính, các thầy cịn phải làm rõ bản chất vật lý trong các phương trình tốn học khi được vận dụng để mô tả hiện tượng vật lí đó.
Tóm lại qua thăm dị giáo viên và điều tra học sinh ta thấy rằng việc học sinh cần được bồi dưỡng kiến thức và kỹ năng tốn để học tốt mơn vật lí. Điều này là rất quan trọng đối với giáo viên dạy vật lí, vì giáo viên dạy vật lí biết được học sinh thiếu những phần kiến thức toán học nào cần phải bồi dưỡng. Như vậy đề tài nghiên cứu này thành cơng sẽ góp phần củng cố cho học sinh những kỹ năng toán học, nâng cao hiểu biết và vận dụng vào học tập, nghiên cứu các vấn đề vật lí ít nhất trong phạm vi trường THPT An Lão - Hải Phòng. Đây là một mục tiêu thực sự hữu ích và có ý nghĩa của đề tài này.
Kết luận chƣơng 1
Chương 1 đã trình bày khái qt về lí luận và thực tiễn của đề tài. Đã nêu bật được mối quan hệ giữa tốn học và vật lí học trong các thời kỳ phát triển của nó. Đó là các thời kỳ: tiền sử, cổ đại và hiện đại. Trong mỗi thời kỳ tốn học và vật lí học có sự liên thuộc với nhau, kế tiếp nhau và thúc đẩy nhau cùng phát triển. Cả lí luận và thực tiễn đều nói lên vai trị của tốn học trong dạy học vật lí ở bất kỳ thời điểm nào đều đóng vai trị quan trọng. Cần phải nhấn mạnh rằng muốn học tốt được vật lí thì phải nắm chắc toán học, phải hiểu rõ các cơng thức, phương trình, đồ thị và logic tốn học,..Nói cách khác có thể coi đó là mơ hình tốn mà tác giả đã đi sâu nghiên cứu và trình bày, đặc biệt là mơ hình tốn học có ứng dụng trong vật lí.
Trên cơ sở lí luận tác giả cũng đi sâu tìm hiểu và nghiên cứu thực trạng của học sinh tại Trường THPT An Lão - Hải Phòng về vấn đề áp dụng các kiến thức toán đã học vào nghiên cứu vật lí. Những hạn chế trong việc giảng dạy cũng như yêu cầu đòi hỏi của giáo viên và học sinh cũng được trình bày thơng qua phương pháp điều tra, thăm dò. Đây là cơ sở vững chắc cho tác giả tiến hành thực hiện đề tài ở những bước tiếp theo, nhằm giúp cho học sinh phát triển tư duy về mặt toán học tạo thuận lợi cho học sinh hiểu và nắm chắc chắn kiến thức vật lí hơn. Vấn đề trọng tâm cần phải giải quyết của đề tài là:
" Bồi dưỡng kiến thức toán học trong dạy học vật lí ở trường phổ thơng chương “Dao động cơ” vật lí 12, chương trình nâng cao.
CHƢƠNG 2
BỒI DƢỠNG KIẾN THỨC TOÁN HỌC TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƢỜNG TRUNG HỌC PHỔ THƠNG CHƢƠNG “DAO ĐỘNG CƠ ”
VẬT LÍ 12, CHƢƠNG TRÌNH NÂNG CAO
2.1. Vị trí và vai trị của chƣơng “ Dao động cơ ” vật lí 12, chƣơng trình nâng cao
Trong chương trình vật lí THPT phân ban, chương “Dao động cơ” thuộc chương 2 trong tổng số 10 chương của chương trình vật lí 12 nâng cao. Nội dung của chương có vai trị vơ cùng quan trọng để giúp chúng ta có thể nghiên cứu các chương sóng cơ, dao động và sóng điện từ, dịng điện xoay chiều,…Bởi lẽ trong chương "Dao động cơ" chúng ta nghiên cứu đến các chuyển động có giới hạn trong khơng gian được lặp đi lặp lại nhiều lần quanh vị trí cân bằng nào đó. Điều này bằng mắt thường ta có thể quan sát được sự chuyển động của nó và bằng các cơng cụ tốn học ta chứng minh được rằng các vật đó thực hiện dao động điều hồ, nó tn theo phương trình tốn học gọi là phương trình động lực học của dao động (hay là phương trình vi phân