Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm matlab để giảng dạy chương “sóng ánh sáng” – vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng

Ngày nay, đứng trước những xu thế phát triển trên thế giới, đất nước ta đòi hỏi cần từng bước hoàn thành cuộc cách mạng công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội và hội nhập với thế giới, hơn lúc nào hết ngành giáo dục và đào tạo đang được Đảng và Nhà nước hết sức quan tâm, chú trọng. Với mục tiêu cung cấp nguồn nhân lực, đội ngũ những người lao động, những cán bộ khoa học kỹ thuật có trình độ kỹ thuật cao, có năng lực và tư duy sáng tạo. Chính vì vậy giáo dục cần có những chiến lược phát triển mới để phù hợp với xu thế của thời đại đáp ứng được nhu cầu của xã hội trong tương lai. Ngành giáo dục và đào tạo đang đứng trước những nhiệm vụ quan trọng của đất nước. Trong thời gian gần đây ngành đã không ngừng đổi mới chương trình, sách giáo khoa về nội dung, phương pháp nhằm nâng cao chất lượng dạy và học. Trong đó việc đổi mới phương pháp giảng dạy đóng vai trò hết sức quan trọng, đổi mới theo tinh thần phát huy tính năng động, sáng tạo, tích cực, tự lực của người học và tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình giảng dạy trong nhà trường và đổi mới ở tất cả các cấp học, bậc học. Với sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin và khoa học kĩ thuật trong giai đoạn hiện nay thì việc sử dụng những ứng dụng của công nghệ thông tin vào dạy học là rất cần thiết, góp phần không nhỏ trong việc đổi mới phương pháp giảng dạy, đem lại hiệu quả cao cho hoạt động giáo dục. Hiện nay các phần mềm hỗ trợ dạy học xuất hiện ngày càng nhiều và đa dạng với tính năng cải tiến, dễ sử dụng như phần mềm Maltab, phần mềm Flash, phần mềm Crocodile, phần mềm Mathematical… Trong số đó phần mềm Matlab là phần mềm được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi hỗ trợ hiệu quả cho việc giảng dạy ở các trường đại học, cao đẳng, các trường trung học phổ thông. Sử dụng Matlab như một công cụ đắc lực, để mô phỏng các hiện tượng và tính toán các bài tập. Trong các trường cao đẳng và đại học không chuyên về vật lý các môn Vật lý đại cương nằm trong khối kiến thức cơ sở. Vật lý học là môn khoa học thực nghiệm, phương pháp nghiên cứu đặc thù của Vật Lý là phương pháp thực nghiệm. Khi giảng dạy vật lý ngoài kiến thức cần phải trang bị thêm cho sinh viên những kinh nghiệm về thực nghiệm. Đổi mới phương pháp dạy học Vật lý cần phải hướng vào việc tổ chức cho sinh viên hoạt động theo phương pháp thực nghiệm. Trong chương trình Vật lý đại cương, tôi nhận thấy chương “Sóng ánh sáng” có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật và thực tế đời sống. Mặt khác, đây là một chương khó, nội dung kiến thức trong chương được xây dựng từ hiện tượng quan sát được trong thực tế và từ thí nghiệm. Các hiện tượng, thí nghiệm không phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ra những khó khăn trong việc giảng dạy, học tập của giáo viên và sinh viên. Do đó, gây ra những hạn chế không nhỏ cho sinh viên trong việc nghiên cứu và vận dụng những kiến thức này để giải quyết những vấn đề trong thực tế. Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học Vật lý, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC VIẾT TẮT ii

DANH MỤC BẢNG vi

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 6

1.1 Cơ sở về phương pháp dạy học 6

1.1.1 Phương pháp dạy học 6

1.1.2 Nhu cầu và xu hướng đổi mới phương pháp dạy học 7

1.1.3 Phương pháp dạy học tích cực 8

1.2 Tích cực hóa và các biện pháp tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý. 12

1.2.1 Tính tích cực 12

1.2.2 Tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý 13

1.2.3 Các biện pháp tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý 14

1.3 Thực trạng của việc dạy và học Vật lý đại cương ở các trường cao đẳng hiện nay 16

1.4 Vai trò và ứng dụng của công nghệ thông tin trong dạy học 17

1.4.1 Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học 17

1.4.2 Ứng dụng của công nghệ thông tin trong dạy học 18

1.5 Phương pháp mô hình 18

1.5.1 Các chức năng của mô hình 19

1.5.2 Tính chất của mô hình 19

1.5.3 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí 23

1.5.4 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí 26

1.5.5 Ưu - nhược điểm của phương pháp mô hình trong dạy học vật lí 27

1.6 Một vài nét về phần mềm Matlab 29

1.6.1 Matlab và đặc điểm của Matlab 29

1.6.2 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab 29

1.6.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lí trong giảng dạy 32

Kết luận chương 1 33

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG 34

2.1 Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng. 34

2.1.1 Hàm sóng ánh sáng 34

2.1.2 Nhiễu xạ ánh sáng 35

2.1.3 Giao thoa ánh sáng 39

2.2 Kiến thức, kĩ năng sinh viên cần có sau khi học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng 43

2.3.1 Kiến thức 43

2.2.2 Kĩ năng 43

2.3 Một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng. 44

2.3.1 Mô hình về nhiễu xạ ánh sáng 44

2.3.2 Mô hình về giao thoa ánh sáng 49

2.4 Thiết kế một số bài giảng dạy trong chương “Sóng ánh sáng” - Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng. 50

2.4.1 Bài: Nhiễu xạ ánh sáng (2 tiết) 50

2.4.2 Bài: Giao thoa ánh sáng 56

Kết luận chương 2 64

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 65

3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 65

3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 65

3.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm: 66

3.4 Thời gian thực nghiệm sư phạm: 66

3.5 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 66

3.6 Các bước tiến hành thực nghiệm 67

3.7 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 67

3.7.1 Mục đích kiểm tra, đánh giá 67

3.7.2 Nhận xét về tiến trình dạy học 67

3.7.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 67

Kết luận chương 3 76

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 79

PHỤ LỤC 81

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab 29

Bảng 1.2 Nhóm các hàm đồ họa 31

Bảng 1.3 Nhóm các hàn tính toán 31

Bảng 1.4 Các lệnh điều khiển và các phép tính toán 32

Bảng 3.1 Bảng thống kê điểm số Xi của các bài kiểm tra 69

Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất 69

Bảng 3.3 Bảng phân phối tần suất tích lũy 70

Bảng 3.4 Xử lí các kết quả để tính các tham số 70

Bảng 3.5 Bảng các thông số thống kê 71

DANH MỤC HÌNH, SƠ ĐỒ

Sơ đồ 1.1 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lý 26

Hình 2.1 Nguyên lý Huyghens -Fresnel 35

Hình 2.2 Thí nghiệm nhiễu xạ ánh sáng qua 1 khe hẹp 36

Hình 2.3 Thí nghiệm giao thoa ánh sáng 40

Hình 2.4 Giao diện màn hình chính 44

Hình 2.5 Nhiễu xạ của sóng phẳng đơn sắc qua một khe hẹp 45

Hình 2.6 Nhiễu xạ của sóng phẳng đơn sắc qua một khe hẹp vô cùng 45

Hình 2.7 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua hai khe 46

Hình 2.8 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua 3 khe 46

Hình 2.9 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua 4 khe 47

Hình 2.10 Nhiễu xạ sóng phẳng đơn sắc qua 5 khe 47

Hình 2.11 Nhiễu xạ của ánh sáng qua một vòng nhẫn 48

Hình 2.12 Nhiễu xạ của ánh sáng đơn sắc qua một lỗ tròn 48

Hình 2.13 Giao thoa ánh sáng khe Young 49

Hình 2.14 Giao diện xác định vị trí vân giao thoa 49

Hình 3.1 Phân bố điểm của hai lớp đối chứng và thực nghiệm 72

Hình 3.2 Phân bố tần suất của nhóm đối chứng và thực nghiệm 72

Hình 3.3 Phân phối tấn suất tích lũy 73

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Ngày nay, đứng trước những xu thế phát triển trên thế giới, đất nước tađòi hỏi cần từng bước hoàn thành cuộc cách mạng công nghiệp hóa và hiệnđại hóa Đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội và hội nhập với thế giới, hơn lúcnào hết ngành giáo dục và đào tạo đang được Đảng và Nhà nước hết sức quantâm, chú trọng Với mục tiêu cung cấp nguồn nhân lực, đội ngũ những ngườilao động, những cán bộ khoa học kỹ thuật có trình độ kỹ thuật cao, có nănglực và tư duy sáng tạo Chính vì vậy giáo dục cần có những chiến lược pháttriển mới để phù hợp với xu thế của thời đại đáp ứng được nhu cầu của xã hộitrong tương lai

Ngành giáo dục và đào tạo đang đứng trước những nhiệm vụ quan trọngcủa đất nước Trong thời gian gần đây ngành đã không ngừng đổi mới chươngtrình, sách giáo khoa về nội dung, phương pháp nhằm nâng cao chất lượngdạy và học Trong đó việc đổi mới phương pháp giảng dạy đóng vai trò hếtsức quan trọng, đổi mới theo tinh thần phát huy tính năng động, sáng tạo, tíchcực, tự lực của người học và tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin vàoquá trình giảng dạy trong nhà trường và đổi mới ở tất cả các cấp học, bậc học.Với sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin và khoa học kĩ thuậttrong giai đoạn hiện nay thì việc sử dụng những ứng dụng của công nghệthông tin vào dạy học là rất cần thiết, góp phần không nhỏ trong việc đổi mớiphương pháp giảng dạy, đem lại hiệu quả cao cho hoạt động giáo dục

Hiện nay các phần mềm hỗ trợ dạy học xuất hiện ngày càng nhiều và đadạng với tính năng cải tiến, dễ sử dụng như phần mềm Maltab, phần mềmFlash, phần mềm Crocodile, phần mềm Mathematical… Trong số đó phầnmềm Matlab là phần mềm được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi hỗ trợ hiệuquả cho việc giảng dạy ở các trường đại học, cao đẳng, các trường trung họcphổ thông Sử dụng Matlab như một công cụ đắc lực, để mô phỏng các hiệntượng và tính toán các bài tập

Trong các trường cao đẳng và đại học không chuyên về vật lý các mônVật lý đại cương nằm trong khối kiến thức cơ sở Vật lý học là môn khoa họcthực nghiệm, phương pháp nghiên cứu đặc thù của Vật Lý là phương phápthực nghiệm Khi giảng dạy vật lý ngoài kiến thức cần phải trang bị thêm chosinh viên những kinh nghiệm về thực nghiệm Đổi mới phương pháp dạy họcVật lý cần phải hướng vào việc tổ chức cho sinh viên hoạt động theo phươngpháp thực nghiệm Trong chương trình Vật lý đại cương, tôi nhận thấychương “Sóng ánh sáng” có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật và thực tếđời sống Mặt khác, đây là một chương khó, nội dung kiến thức trong chươngđược xây dựng từ hiện tượng quan sát được trong thực tế và từ thí nghiệm.Các hiện tượng, thí nghiệm không phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ranhững khó khăn trong việc giảng dạy, học tập của giáo viên và sinh viên Do

đó, gây ra những hạn chế không nhỏ cho sinh viên trong việc nghiên cứu vàvận dụng những kiến thức này để giải quyết những vấn đề trong thực tế

Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy

và học Vật lý, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm

Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình.

2 Mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu thiết kế một số mô hình bằng Matlab để giảng dạy một sốbài học trong chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ caođẳng nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên

3 Lịch sử nghiên cứu

Trong những năm gần đây đã có một số đề tài nghiên cứu sử dụng phầnmềm Matlab trong dạy học Vật lý THPT như:

- Dạy học bài toán dao động và sóng sử dụng mô hình được xây dựng

bằng phần mềm Matlab (Luận văn Thạc sỹ Đinh Đức Chính)

- Sử dụng một số mô hình dao động và sóng điện từ xây dựng bằng ngônngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương “ Dao động và 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 trong dạy học bài tập phần Phóng

xạ và phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc

sỹ Nguyễn Văn Hiền)

- Thiết kế một số mô hình bằng phần mền Matlab để giảng dạy chương

“Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Nga)

Đối với việc giảng dạy ở THPT Luận văn Thạc sĩ của Nguyễn Thị Ngachưa đề cập tới vấn đề thực hành, chưa khai thác được thế mạnh của mô hìnhgiao thoa và nhiễu xạ ánh sáng đã được xây dựng Luận văn này hoàn chỉnh

và phát triển các mô hình đã được Luận văn của Nguyễn Thị Nga xây dựng

để phù hợp với nội dung và yêu cầu giảng dạy cho sinh viên cao đẳng

4 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

- Nội dung một số bài học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cươngdành cho hệ cao đẳng

- Phần mềm toán học Matlab

- Hoạt động của giáo viên và sinh viên khi dạy và học các kiến thức vềSóng ánh sáng

5 Câu hỏi nghiên cứu

Thiết kế và sử dụng một số mô hình xây dựng bằng ngôn ngữ lập trìnhMatlab như thế nào để phát huy tính tích cực nhận thức của sinh viên khigiảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng?

6 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế và sử dụng được một số mô hình xây dựng bằng phần mềmMatlab trong dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho

hệ cao đẳng sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức của sinh viên

7 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tậptrung vào các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luậtvận động, biến đổi của đối tượng Vật lý

- Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đạicương dành cho hệ cao đẳng

- Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab

- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy

sử dụng mô hình được thiết kế bằng Matlab

9 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận

Nghiên cứu cơ sở lí luận về tâm lí học, giáo dục học và lí luận dạy họchiện đại theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn vật líđại cương ở trường cao đẳng hiện cụ thể chương “Sóng ánh sáng”

Nghiên cứu phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết

kế, mô phỏng các hiện tượng Sóng ánh sáng phục vụ quá trình dạy học

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường Cao đẳng Công nghệ và Kinh

tế Công nghiệp có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của luận văn, cụ thể làlàm nổi bật vai trò của việc sử dụng các mô hình trong việc nâng cao nhậnthức của sinh viên trong các giờ học vật lí

Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng hiện tượng vật lý,giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng dạy

- Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định để đánh giákết quả thực nghiệm sư phạm

10 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, nội dung chính của luận văngồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạychương “Sóng ánh sáng” Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

- Phương pháp dạy học là cách thức triển khai của một hệ thống dạy học

đa tầng, đa diện (các bậc học, cấp học, ngành học )

- Phương pháp dạy học là phương pháp triển khai một quá trình dạy học

cụ thể bao gồm: cách thức hình thành mục đích dạy học, cách soạn thảo vàphát triển nội dung, cách thức tổ chức hoạt động dạy – hoạt động học nhằmthực hiện mục đích, nội dung và cách thức kiểm tra, đánh giá, kết quả quátrình dạy học

- Phương pháp dạy học là cách thức tiến hành các hoạt động của ngườidạy và người học nhằm thực hiện nội dung dạy học được xác định

Từ những quan niệm trên về phương pháp dạy học, ta có thể hiểuphương pháp dạy học theo nghĩa chung nhất là những cách thức tiến hànhhoạt động dạy học Áp dụng vào quá trình dạy học hiện đại có thể nói phươngpháp dạy học là hệ thống những hành động có chủ đích theo một trình tự nhấtđịnh của giáo viên, nhằm tổ chức hoạt động nhận thức và hoạt động thực hànhcủa học sinh nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nội dung dạy học và thực hiệnmục đích dạy học Phương pháp dạy học là tổng hợp các cách nhận thức hoạtđộng phối hợp của giáo viên – học sinh được thực hiện trong quá trình dạyhọc Trong đó, cách thức hoạt động của giáo viên đóng vai trò chủ đạo, cáchthức hoạt động học của học sinh đóng vai trò chủ động nhằm thực hiện tốtmục đích và nhiệm vụ dạy học

Mỗi phương pháp dạy học bao gồm các yếu tố [7]:

+ Mục đích dạy học được xác định trước

+ Hệ thống những hành động liên tiếp tương ứng

+ Phương pháp hành động tương ứng

+ Quá trình biến đổi của đối tượng bị tác động, kết quả thu được

1.1.2 Nhu cầu và xu hướng đổi mới phương pháp dạy học

Từ những yêu cầu nguồn nhân lực của xã hội ngày nay đòi hỏi ngànhgiáo dục phải có định hướng chiến lược nhằm tăng cường chất lượng đào tạothế hệ trẻ cho tương lai Trong đó việc đổi mới phương pháp giảng dạy đóngvai trò hết sức quan trọng, đổi mới theo tinh thần phát huy tính năng động,sáng tạo, tích cực, tự lực của người học và tăng cường ứng dụng công nghệthông tin vào quá trình giảng dạy trong nhà trường và đổi mới ở tất cả các cấphọc, bậc học

Định hướng đổi mới phương pháp dạy học đã được xác định trong Nghị

quyết Trung ương II khóa VIII, Đảng Cộng sản Việt Nam chỉ rõ: “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học, bậc học, áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh năng lực tư duy, sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề” “Đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học…” Văn kiện đại hội IX của Đảng tiếp tục nhấn mạnh: “…tiếp tục nâng cao chất lượng toàn diện, đổi mới nội dung, phương pháp dạy và học, hệ thống trường lớp và hệ thống quản lý giáo dục…”.

Mục đích của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm đào tạo thế hệ trẻnăng động, sáng tạo, có khả năng làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, cókhả năng hoạch định và giải quyết vấn đề,… Do đó, nét đặc trưng của hoạtđộng dạy là: tổ chức tình huống học tập, kiểm tra định hướng hành động họcđộc lập tự chủ, sáng tạo, trao đổi, tranh luận của học sinh Nét đặc chung củahoạt động học là ý thức được vấn đề hay nhiệm vụ cần phải giải quyết, độc

lập suy nghĩ kết hợp với ghi nhận thông báo có kiểm tra phê phán để xác địnhgiải pháp, tự chủ hành động giải quyết nhiệm vụ học [12].

Việc đổi mới dạy học như vậy đã chuyển từ vị trí tôi học thuộc, tôi làmmẫu sang vị trí tự hỏi, tôi tự tìm tòi giải quyết vấn đề

1.1.3 Phương pháp dạy học tích cực

1.1.3.1 Tính tích cực học tập

Tính tích cực là một phẩm chất vốn có của con người Bởi vì, để tồn tại

và phát triển con người luôn phải chủ động, tích cực cải biến môi trường tựnhiên, cải tạo xã hội Do đó, việc hình thành và phát triển tính tích cực xã hội

là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của giáo dục

Tính tích cực học tập là tích cực nhận thức Nó đặc trưng ở khát vọnghiểu biết, cố gắng trí lực và có nghị lực cao trong quá trình chiếm lĩnh trithức Tính tích cực nhận thức trong hoạt động học tập liên quan trước hết vớiđộng cơ học tập Động cơ học tập đúng sẽ tạo ra hứng thú và hứng thú là tiền

đề tự giác Trong học tập, hứng thú và tự giác là hai yếu tố chính tạo nên tínhtích cực trong học tập Tính tích cực sản sinh nếp tư duy độc lập và suy nghĩđộc lập là mầm mống của sự sáng tạo [10]

Tính tích cực học tập biểu hiện ở những dấu hiệu như: hăng hái trả lờicác câu hỏi của giáo viên, bổ xung câu trả lời của bạn, thích phát biểu ý kiếncủa mình trước vấn đề được nêu ra; hay thắc mắc, đòi hỏi phải được giải thíchcặn kẽ những vấn đề chưa đủ rõ, chủ động vận dụng kiến thức, kĩ năng vàovấn đề mới, có khả tập chung cao vào vấn đề đang học, không chán nản trướcnhững tình huống khó khăn, luôn tìm cách khắc phục khó khăn để giải quyếtvấn đề

1.1.3.2 Phương pháp dạy học tích cực

Hiện nay có rất nhiều cách hiểu về phương pháp dạy học tích cực Chúng

ta có thể đến những cách hiểu sau [15]:

- Phương pháp dạy học tích cực là những phương pháp dạy học theohướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của học sinh; hướng tới việchoạt động hóa, tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.

- Phương pháp dạy học tích cực là phương pháp khơi dậy, phát huy tínhchủ động, sáng tạo và tích cực của người dạy và người học trong đó lấy ngườihọc làm trung tâm trên cơ sở phát huy vai trò định hướng, tổ chức của ngườidạy, vai trò thực hiện “thi công” của người học và sức mạnh của các phươngtiện kĩ thuật hiện đại nhằm chinh phục chân lý trên cả ba phương diện: kiếnthức, kĩ năng, thái độ Người học không thụ động chờ đợi mà tự lực, tích cựctham gia vào quá trình tìm kiếm, khám phá, phát hiện kiến thức, vận dụngkiến thức để giải quyết vấn đề trong thực tiễn, qua đó lĩnh hội nội dung kiếnthức học tập và phát triển năng lực sáng tạo

- Phương pháp dạy học tích cực không phải là một phương pháp dạy học

cụ thể mà là một khái niệm bao gồm nhiều phương pháp, nhiều hình thức,nhiều kĩ thuật cụ thể khác nhau nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức, tăngcường sự tham gia của người học, tạo điều kiện cho người học phát triển tối

đa khả năng học tập, năng lực sáng tạo, năng lực gải quyết vấn đề

Qua những cách hiểu trên, ta có thể hiểu phương pháp dạy học tích cực

là phương pháp khơi dậy, phát huy tính chủ động, tích cực của cả người dạy

và người học nhằm trau dồi tư duy sáng tạo và rèn luyện trí thông minh trongquá trình chinh phục chân lí; là sự dạy và học mà trong đó người dạy đóng vaitrò là người tổ chức định hướng, tạo điều kiện và người học là người thựchiện

1.1.3.3 Đặc trưng của phương pháp dạy học tích cực

Dạy học tích cực hướng tới tính tích cực, chủ động sáng tạo của học sinh

và vai trò tổ chức hướng dẫn, tạo điều kiện của người thầy Do đó, dạy họctích cực có những đặc trưng sau [11]:

Một là, Dạy học tăng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo thông qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của học sinh.

Trong phương pháp tổ chức, người học - đối tượng của hoạt động “dạy”,đồng thời là chủ thể của hoạt động “học” được cuốn hút vào các hoạt độnghọc tập do GV tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó HS tự lực khám phá nhữngđiều mình chưa rõ, chưa có chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức

đã được GV sắp đặt Được đặt vào những tình huống của đời sống thực tế,người học trực tiếp quan sát, thảo luận, làm thí nghiệm, giải quyết vấn đề đặt

ra theo cách suy nghĩ của mình, từ đó nắm được kiến thức kĩ năng mới, vừanắm được phương pháp “làm ra” kiến thức, kĩ năng đó, không rập theo nhữngkhuôn mẫu sẵn có, được bộc lộ và phát huy tiềm năng sáng tạo Dạy theocách này, GV không chỉ giản đơn truyền đạt tri thức mà còn hướng dẫn hànhđộng Nội dung và PPDH phải giúp cho từng HS biết hành động và tích cựctham gia các chương trình hành động của cộng đồng

Hai là, dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực

tự học của học sinh.

Các phương pháp dạy học tích cực xem việc rèn luyện phương pháp họctập cho HS không chỉ là một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học mà còn làmột mục tiêu dạy học

Trong các phương pháp học thì cốt lõi là dạy phương pháp tự học Nếurèn luyện cho người học có được phương pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí tựngười, kết quả học tập sẽ được nhân lên gấp bội Vì vậy, ngày nay người tanhấn mạnh mặt hoạt động học trong quá trình dạy học, nổ lực tạo ra sựchuyển biến từ học tập thụ động sang tự học chủ động, đặt vấn đề phát triển

tự học ngay trong trường phổ thông, không chỉ tự học ở nhà sau bài lên lớp

mà tự học ngay trong tiết học có sự hướng dẫn của GV

Ba là, dạy học phân hóa kết hợp với hợp tác

Trong một lớp học mà trình độ kiến thức, tư duy của HS không thể đồngđều tuyệt đối thì khi áp dụng PPDH tích cực buộc phải chấp nhận sự phân hóa

về cường độ, mức độ, tiến độ hoàn thành nhiệm vụ học tập, nhất là khi bàihọc đươc thiết kế thành một chuỗi hoạt động độc lập

Áp dụng PPDH tích cực ở trình độ càng cao thì sự phân hóa ngày cànglớn.Việc sử dụng các phương tiện công nghệ thông tin trong nhà trường sẽđáp ứng yêu cầu cá thể hóa hoạt động học tập theo nhu cầu và khả năng tựhọc của mỗi HS

Tuy nhiên, trong học tập, không phải mọi tri thức, kĩ năng, thái độ đềuđược hình thành bằng những hoạt động độc lập cá nhân Lớp học là môitrường giao tiếp thầy - trò, trò - trò, tạo nên mối quan hệ hợp tác giữa các cánhân trên con đường chiếm lĩnh nội dung học tập Thông qua thảo luận, tranhluận trong tập thể, ý kiến mỗi cá nhân được bộc lộ, khẳng định hay bác bỏ,qua đó người học nâng mình lên một trình độ mới

Trong nhà trường, phương pháp học tập hợp tác được tổ chức ở cấpnhóm, tổ, hoặc cả lớp Được sử dụng phổ biến trong dạy học là hoạt động hợptác trong nhóm nhỏ 4 đến 6 người Học tập hợp tác làm tăng hiệu quả học tập,nhất là lúc phải giải quyết những vấn đề gay cấn, lúc xuất hiện nhu cầu phốihợp giữa các cá nhân để hoàn thành nhiệm vụ chung Trong hoạt động theonhóm nhỏ sẽ không có hiện tượng ỷ lại; tính cách, năng lực của mỗi thànhviên được bộc lộ, được uốn nắn, phát triển tình bạn, ý thức tổ chức, tinh thầntương trợ Mô hình hợp tác trong xã hội đưa vào đời sống học đường sẽ làmcho các thành viên quen dần với sự phân công hợp tác trong lao động xã hội Trong nền kinh tế thị trường đã xuất hiện nhu cầu hợp tác xuyên quốcgia, liên quốc gia; năng lực hợp tác phải trở thành mục tiêu giáo dục mà nhàtrường phải chuẩn bị cho HS

Chuyển từ dạy và học thụ động sang dạy và học tích cực, GV không cònđóng vai trò đơn thuần là người truyền đạt kiến thức, GV trở thành người thiết

kế, tổ chức, hướng dẫn các hoạt động độc lập hoặc theo nhóm nhỏ để học sinh

tự lực chiếm lĩnh nội dung học tập, chủ động đạt các mục tiêu kiến thức, kĩnăng, thái độ theo yêu cầu của chương trình Trên lớp HS hoạt động là chính,

GV có vẻ nhàn nhã hơn nhưng trước đó, khi soạn giáo án, GV đã phải đầu tưcông sức, thời gian rất nhiều so với kiểu dạy và học thụ động mới có thể thực

hiện bài lên lớp với vai trò là người gợi mở, xúc tác, động viên, cố vấn, dẫndắt, trọng tài trong các hoạt động tìm tòi hào hứng, tranh luận sôi nổi của HS.

GV phải có trình độ chuyên môn sâu rộng, có trình độ sư phạm lành nghề mới

có thể tổ chức, hướng dẫn các hoạt động của HS mà nhiều khi diễn biến ngoàitầm dự kiến của GV

Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò Việc đánh giá học sinh không chỉ nhằm mục đích nhận định thực trạng và

điều chỉnh hoạt động của trò mà còn đồng thời tạo ra điều kiện nhất định đểngười dạy điều chỉnh hoạt động của mình Trước đây, việc đánh giá học sinh

là độc quyền của người giáo viên, những trong dạy học tích cực, giáo viên cầnphải hướng dẫn học sinh phát triển kĩ năng tự đánh giá, tự điều chỉnh cáchhọc Do đó, học sinh có thể tham gia vào quá trình đánh giá Học sinh có thểtham gia đánh giá lẫn nhau, có thể tự đánh giá bản thân và có thể tự động xemxét lại quá trình kết quả học tập của mình, tự điều chỉnh cách học, tự lập kếhoạch để nâng cao kết quả học tập

1.2 Tích cực hóa và các biện pháp tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý.

1.2.1 Tính tích cực

Tính tích cực nhận thức là thái độ cải tạo của chủ thể đối với khách thểthông qua sự huy động ở mức độ cao của chức năng tâm lí nhằm giải quyếtvấn đề học tập - nhận thức Nó vừa là mục đích hoạt động, vừa là phươngtiện, vừa là điều kiện để đạt được mục đích vừa là kết quả của hoạt động Nó

là phẩm chất hoạt động của cá nhân

Tính tích cực của nhận thức - học tập đối với học sinh đòi hỏi phải cónhững nhân tố, tính lựa chọn thái độ đối với đối tượng nhận thức; đề ra chomình mục đích, nhiệm vụ cần giải quyết sau khi đã lựa chọn đối tượng, cảitạo đối tượng trong hoạt động sau này nhằm giải quyết vấn đề Hoạt động màthiếu những nhân tố đó thì chỉ có thể nói đó là sự thể hiện trạng thái hànhđộng nhất định của con người mà không thể nói là tính tích cực của nhận

thức Chẳng hạn, học sinh có thể theo yêu cầu của giáo viên, họ đọc sách,nhìn lên bảng và chuyển tất cả những cái gì nhìn thấy trên bảng vào vở,nhưng với cái đó họ không nhận biết được gì cả, vì họ không thể hiện thái độcải tạo đối với điều đó, họ không có ý định suy ngẫm mối liên hệ điều thấyđược, nghe được với điều họ đã biết và tìm ra những dấu hiệu mới sau này.Hiện tượng tính tích cực và trạng thái hành động về bề ngoài có thể giốngnhau, nhưng khác nhau về bản chất Tính tích cực khi được thể hiện tronghoạt động cải tạo, đòi hỏi phải thay đổi mà trước tiên là trong ý thức của chủthể hành động Còn trạng thái hành động không đòi hỏi một sự cải tạo nhưvậy

Tùy theo việc huy động chủ yếu những chức năng tâm lí nào mà mức độhuy động những chức năng tâm lí đó mà người ta phân ra ba loại tích cực:

- Tích tích cực tái hiện: chủ yếu dựa vào trí nhớ và tư duy tái hiện

- Tính tích cực tìm tòi: được đặc trưng bằng sự bình phẩm, phê phán, tìmtòi tích cực về mặt nhận thức, óc sáng kiến, lòng khát khao hiểu biết, hứng thúhọc tập Tính tích cực đó không bị hạn chế trong khuôn khổ những yêu cầucủa giáo viên trong giờ học

- Tích tích cực sáng tạo: là mức độ cao nhất của tính tích cực Nó đặctrưng bằng sự khẳng định con đường riêng của mình, không giống với conđường mà mọi người đã thừa nhận, đã trở thành chuẩn hóa, để đạt được mụcđích

1.2.2 Tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý.

Tích cực hoá là một hoạt động nhằm làm chuyển biến vị trí của ngườihọc từ thụ động sang chủ động, từ đối tượng tiếp nhận tri thức sang chủ thểtìm kiếm tri thức để nâng cao hiệu quả học tập

Tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh là một trong nhữngnhiệm vụ của thầy giáo trong nhà trường và cũng là một trong những biệnpháp nâng cao chất lượng dạy học Tuy không phải là vấn đề mới, nhưngtrong xu hướng đổi mới dạy học hiện nay thì việc tích cực hoá hoạt động nhận

thức của học sinh là một vấn đề được đặc biệt quan tâm Nhiều nhà vật lý họctrên thế giới đang hướng tới việc tìm kiếm con đường tối ưu nhằm tích cựchoá hoạt động nhận thức của học sinh, nhiều công trình luận án tiến sĩ cũng

đã và đang đề cập đến lĩnh vực này Tất cả đều hướng tới việc thay đổi vai tròngười dạy và người học nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học nhằmđáp ứng được yêu cầu dạy học trong giai đoạn phát triển mới Trong đó họcsinh chuyển từ vai trò là người thu nhận thông tin sang vai trò chủ động, tíchcực tham gia tìm kiếm kiến thức Còn thầy giáo chuyển từ người truyền thôngtin sang vai trò người tổ chức, hướng dẫn, giúp đỡ để học sinh tự mình khámphá kiến thức mới

Quá trình tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh sẽ góp phầnlàm cho mối quan hệ giữa dạy và học, giữa thầy và trò ngày càng gắn bó vàhiệu quả hơn Tích cực hoá vừa là biện pháp thực hiện nhiệm vụ dạy học,đồng thời nó góp phần rèn luyện cho học sinh những phẩm chất của người laođộng mới: tự chủ, năng động, sáng tạo Đó là một trong những mục tiêu mànhà trường phải hướng tới

Tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh là biện pháp phát hiệnnhững quan niệm sai lệch của học sinh qua đó thầy giáo có biện pháp để khắcphục những quan niệm đó Vì thế việc khắc phục những quan niệm của họcsinh có vai trò quan trọng trong nhà trường nhằm tích cực hoá hoạt động nhậnthức của học sinh

1.2.3 Các biện pháp tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học vật lý.

Tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh có liên quan đến nhiềuvấn đề, trong đó các yếu tố như động cơ, hứng thú học tập, năng lực, ý chí của

cá nhân, không khí dạy học… đóng vai trò rất quan trọng Các yếu tố liênquan chặt chẽ với nhau và có ảnh hưởng tới việc tích cực hoá hoạt động nhậnthức của học sinh trong học tập Trong đó có nhiều yếu tố là kết quả của mộtquá trình hình thành lâu dài và thường xuyên, không phải là kết quả của một

giờ học mà là kết quả của cả một giai đoạn, là kết quả của sự phối hợp nhiềungười, nhiều lĩnh vực và cả xã hội.

Để có thể tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong quá trìnhhọc tập chúng ta cần phải chú ý đến một số biện pháp chẳng hạn như: Tạo ra

và duy trì không khí dạy học trong lớp; xây dựng động cơ hứng thú học tậpcho học sinh; giải phóng sự lo sợ học sinh… Bởi chúng ta không thể tích cựchoá trong khi học sinh vẫn mang tâm lý lo sợ, khi các em không có động cơ

và hứng thú học tập và đặt biệt là thiếu không khí dạy học Do đó với vai tròcuả mình, thầy giáo phải là người góp phần quan trọng trong việc taọ ranhững điều kiện tốt nhất để cho học sinh học tập, rèn luyện và phát triển Sauđây chúng ta đi vào một số biện pháp cụ thể:

- Tạo ra và duy trì không khí dạy học trong lớp nhằm tạo ra môi trườngthuận lợi cho việc học tập và phát triển của trẻ

Trong môi trường đó học sinh dễ dàng bộc lộ những hiểu biết của mình

và sẵn sàng tham gia tích cực vào quá trình dạy học, vì khi đó tâm lý các emrất thoải mái

- Khởi động tư duy gây hứng thú học tập cho học sinh

Trước mỗi tiết học tư duy của học sinh ở trạng thái nghỉ ngơi Vì vậy,Trước hết thầy giáo phải tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh ngay

từ khâu đề xuất vấn đề học tập nhằm vạch ra trước mắt học sinh lý do củaviệc học và giúp các em xác định được nhiệm vụ học tập Đây là bước khởiđộng tư duy nhằm đưa học sinh vào trạng thái sẵn sàng học tập, lôi kéo họcsinh vào khong khí dạy học Khởi động tư duy chỉ là bước mở đầu, điều quantrọng hơn là lphải tạo ra và duy trì không khí dạy học trong suốt giờ học Họcsinh càng hứng thú học tập bao nhiêu, thì việc thu nhận kiến thức của cacs emcàng chủ động tích cức bấy nhiêu Muốn vậy cần phải chú ý đến việc tạo cáctình huống có vấn đề nhằm gây sự xung đột tâm lý của học sinh Điêu này rấtcần thiết và cũng rất khó khăn, nó đòi hỏi sự cố gắn, nổ lực và năng lực sưphạm của thầy giáo Ngoài ra cũng cần chú ý tới lôgic của bài giảng Một bài

giảng gồm các mắt xích nối với nhau chặt chẽ , phần trước là tiền đề cho việcnghiên cứu phần sau, phần sau bổ xung làm rõ phần trước Có như vậy thìnhịp độ hoạt động, hứng thú học tập và quá trình nhận thức của học sinh mớitiến triển theo một mạch liên tục không bị ngắt quãng.

Khai thác và phối hợp các phương pháp dạy học một cách có hiệu quả,đặc biệt chú trọng tới các phương pháp dạy học tích cực Việc tích cực hoáhoạt động nhận thức của học sinh phụ thuộc rất nhiều vào việc tổ chức vàđiều khiển quá trình dạy học của thầy giáo Bỡi vậy, trong tiến trình dạy học,thầy giáo cần phải lựa chọn và sử dụng các phương pháp dạy học hiệu quả,đặc biệt là các phương pháp dạy học tích cực như: Phương pháp nêu vấn đề;Phương pháp phát triển hệ thống câu hỏi; Phương pháp thực nghiệm………

có như vậy mới khuyến khích tính tích cực sáng tạo của học sinh trong họctập

Tổ chức cho học sinh hoạt động Thầy giáo và học sinh là những chủ thểcủa quá trình dạy họ, vì thế tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinhphải do chính những chủ đề này quyết định Trong việc xác định rõ vai trò,nhiệm vụ của từng chủ thể có ý nghĩa rất quan trọng, nó giúp cho chủ thể địnhhướng hoạt động của mình Trong giờ học thầy giáo không được làm thay họcsinh, mà phải đóng vai trò là người tổ chức quá trình học tập của học sinh,hướng dẫn học sinh đi tìm kiếm kiến thức mới Còn học sinh phải chuyển từvai trò thụ động sang chủ động tham gia tích cực và sáng tạo vào quá trìnhhọc tập tánh tình trạng ngồi chờ và ghi chép một cách máy móc Muốn vậy,cần phải tăng cường hơn nữa việc tổ chức cho học sinh thảo luận và làm việctheo nhóm

1.3 Thực trạng của việc dạy và học Vật lý đại cương ở các trường cao đẳng hiện nay

Trong các trường cao đẳng không chuyên về Vật lý, môn Vật lý đạicương nằm trong khối kiến thức cơ sở, để bổ trợ cho kiến thức chuyên ngành

Do tâm lý cho rằng môn Vật lý đại cương là môn phụ, bị coi nhẹ nên không

được đầu tư, quan tâm Việc dạy học Vật lý đại cương ở trường cao đẳng hiệnnay còn tồn tại nhiều hạn chế Các giáo viên vẫn mang nặng tính chất độcthoại, thông báo, giảng giải, làm mẫu cho sinh viên bắt chước Chủ yếu cácgiáo viên sử dụng các phương pháp dạy học truyền thống, sinh viên học tínhchất thụ động theo dõi, chấp nhận ghi nhớ, bắt chước của sự học Kiểu dạyhọc này chưa khích lệ được tính tích cực, chủ động tìm tòi sáng tạo của họcsinh trong quá trình chiếm lĩnh tri thức.

1.4 Vai trò và ứng dụng của công nghệ thông tin trong dạy học

Ngày nay với sự bùng nổ, phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin,tất cả các lĩnh vực khoa học, kĩ thuật xã hội, đều được ứng dụng hiệu quả Sửdụng công nghệ thông tin vào giảng dạy giúp người giáo viên có nhiềuphương án, thiết bị, phương tiện dạy học để đổi mới phương pháp dạy họcnhằm tăng cường chất lượng bài học Đồng thời kích thích hứng thú học tậpcủa sinh viên

1.4.1 Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học

- Làm thay đổi nội dung và phương pháp truyền đạt trong dạy học: Nhờcác công cụ đa phương tiện của máy tính như văn bản, đồ họa, hình ảnh, âmthanh, hoạt cảnh giáo viên sẽ xây dựng được bài giảng sinh động thu hút sựtập trung của người học dễ dàng thể hiện được các phương pháp sư phạmnhư: phương pháp dạy học tình huống, phương pháp dạy học nêu vấn đề,thực hiện đánh giá và lượng giá học tập toàn diện, khách quan ngay trong quátrình học…tăng khả năng tích cực chủ động tham gia học tập của ngườihọc

- Góp phần thay đổi hình thức dạy và học: hình thức dạy dựa vào máytính, hình thức học dựa vào máy tính

- Góp phần nâng cao tiềm lực của người giáo viên bằng cách cung cấpcho họ những phương tiện làm việc hiện đại (mạng Internet, các loại từ điểnđiện tử, các sách điện tử, thư điện tử,…); góp phần đổi mới cách dạy và cáchhọc đổi mới phương pháp dạy học

- Trao đổi thông tin về đề cương bài giảng với các đồng nghiệp qua cácngân hàng bài soạn trên một trang web dành cho tất cả các giáo viên

- Cập nhật, khai thác kho tri thức chung của nhân loại bằng các công cụ

đa phương tiện

- Sử dụng thư điện tử (email) để liên lạc trao đổi tư liệu với các nhàvăn các nhà nghiên cứu và bạn bè đồng nghiệp về những vấn đề mà mìnhquan tâm

1.4.2 Ứng dụng của công nghệ thông tin trong dạy học

- Giáo án ứng dụng công nghệ thông tin tạo được không khí hứng khởicho người học

- Giáo án ứng dụng công nghệ thông tin tiết kiệm được thời gian côngsức cho người giáo viên

- Sự trao đổi và học hỏi lần nhau giữa các đồng nghiệp cũng như ngườihọc được tiện lợi hơn, vì có thể sao chép, lưu trữ dữ liệu hay bài giảng dễ dàng

- Kích thích khả năng sáng tạo, ý tưởng mới vì muốn có một giáo án ứngdụng công nghệ thông tin hấp dẫn, chất lượng, người giáo viên ngoài khảnăng chuyên môn cần phải có ý tưởng, tích cực suy nghĩ để lựa chọn hìnhthức thể hiện phù hợp với nội dung bài giảng

- Các nội dung: như sơ đồ, vấn đề trọng tâm…được giáo viên trình bày

rõ ràng và chỉ cần một vài thao tác, tất cả những dữ liệu được truyền đạt đếnngười học một cách mạch lạc và đầy đủ nhất

- Mạng Internet có vai trò quan trọng trong việc ứng dụng công nghệthông tin vào giảng dạy

1.5 Phương pháp mô hình

Một hiện tượng vật lý xảy ra trong thực tế thường có rất nhiều yếu tốkhông bản chất và nếu chúng ta gom tất cả các yếu tố đó để giải quyết thì sựphân tích đưa đến những phức tạp vô vọng Để lí tưởng hóa hệ thống, chúng

ta phải bỏ qua các yếu tố nhỏ và tập trung vào các đặc điểm quan trọng nhất

của hệ thống Chúng ta đánh giá và tạo mô hình với các vấn đề thông thường

đủ để kiểm soát được, giữ lấy các đặc điểm thiết yếu [6]

Khái niệm mô hình lí tưởng rất quan trọng với tất cả khoa học vật lýcũng như công nghệ Khi chúng ta áp dụng các nguyên lý của vật lý vào một

hệ thống hoàn chỉnh, chúng ta luôn sử dụng các mô hình lí tưởng, chúng taphải nhận ra các giả định mà chúng ta đang thực hiện

Như vậy, mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay đượcthực hiện một cách vật chất, hệ thống Đó là sự phản ánh những thuộc tínhbản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó Bởi vậy, việc nghiên cứu

mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng Tuy nhiên,giữa mô hình và đối tượng vật chất Cùng một đối tượng vật chất có thể cónhiều mô hình khác nhau Mô hình không đồng nhất với đôi tượng mà nóphản ánh

1.5.1 Các chức năng của mô hình

Như chúng ta đã thấy, vai trò của một mô hình vật lý nhằm đảm bảo cho

sự thấu hiểu khoa học một đối tượng vật lý nào đó Như vậy, trong vật lý học

mô hình có ba chức năng chính sau đây:

a) Mô tả sự vật, hiện tượng

b) Giải thích các sự kiện và hiện tượng có liên quan tới đối tượng

c) Tiên đoán các sự kiện và hiện tượng mới

Một mô hình không phải chỉ dùng để mô tả và giải thích các hiện tượngvật lý mà hơn thế nữa, nó còn được dùng để tiên đoán những hiện tượng mới.Không có chức năng tiên đoán này, mô hình mất đi vai trò quan trọng của nótrong khoa học

1.5.2 Tính chất của mô hình

Với tư cách là một hệ thống phản ánh những thuộc tính bản chất của đốitượng nghiên cứu, một mô hình có những tính chất cơ bản sau đây:

* Tính tương tự với “vật gốc”: Một hệ thống chỉ có thể được coi là mô

hình của vật gốc khi có thể chuyển được những kết quả nghiên cứu trên mô

hình sang vật gốc Nghĩa là nó có sự tương tự giữa mô hình và vật gốc Sựtương tự đó có thể là đồng cấu hoặc đẳng cấu.

Sự tương tự có thể thuộc loại cấu trúc, khi đó sự tương tự chủ yếu ở mốiquan hệ giữa các phần tử của hai hệ thống Ví dụ mô hình ảnh của một vậttrên võng mạc: quan hệ giữa phần này và phần kia của ảnh phản ánh đúngquan hệ giữa hai phần tương ứng của vật Cũng có thể là sự tương tự về chứcnăng, nghĩa là các phân tử tương ứng của hai hệ thống có chức năng giốngnhau nhưng cấu trúc có thể khác nhau Ví dụ mô hình ảnh tạo bởi thấu kínhhội tụ và gương cầu lõm dưới những điều kiện giống nhau là giống nhau vàlại biết: có thể sử dụng một thấu kính hội tụ làm vật kính trong chế tạo kínhthiên văn Từ đó, cũng có thể sử dụng gương cầu lõm làm vật kính trong môhình kính thiên văn Sự tương tự cũng có thể giống nhau hay na ná giốngnhau ở kết quả các quá trình trong hai hệ thống Thuộc loại cuối cùng thườngthấy khi so sánh một hệ thống vật chất thực và sự diễn tả toán học của nó Cácphần tử thuộc hai hệ thống này không có điểm nào giống nhau nhưng kết quảthu được trong quá trình biến đổi toán học lại phù hợp với kết quả thu đượcbằng thực nghiêm Ví dụ mô hình toán học diễn tả dao động điều hoà: sựtương tự giữa quy luật biến đổi của điện tích q trong mạch cũng giống nhưquy luật biến đổi của ly độ x trong dao động của con lắc lò xo

Trong dạy học vật lý, tính chất tương tự với vật gốc của mô hình có ýnghĩa quan trọng: sử dụng tính chất này khi xây dựng mô hình, học sinh đượcrèn luyện một loạt các thao tác tư duy, được phát triển niềm tin vào mối liên

hệ có tính khái quát, có tính quy luật của các sự vật, hiện tượng tự nhiên đadạng, phong phú Sử dụng tính chất này còn góp phần nâng cao hiệu quả giờhọc, thể hiện trước hết ở tính sâu sắc, tính hệ thống của các kiến thức vì nótạo điều kiện cho học sinh liên hệ cái chưa biết với cái đã biết, phát hiệnnhững mối liên hệ giữa các hệ thống khác nhau ở các phần khác nhau của vật

lý cũng như những dấu hiệu giống nhau và khác nhau của chúng

* Tính đơn giản: Như ta đã biết, thực tế khách quan vô cùng đa dạng và

phong phú Mỗi mô hình chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thực tế.Nhiều khi một hệ thống thực thể khách quan phải dùng đến nhiều mô hình đểphản ánh Trong khi xây dựng mô hình ta phải thực hiện các thao tác trừutượng hóa, khái quát hóa những thao tác ấy bao giờ cũng dẫn đến một sự đơngiản hóa vì rằng ta đã tước bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ còn lại những thuộctính và những mối liên hệ bản chất Như vậy tính đơn giản của mô hình làmột tất yếu khách quan

Mặt khác cũng nhờ tính đơn giản này của mô hình mà nhà nghiên cứu cóthể nắm chắc những vấn đề cơ bản nhất của thực tế khách quan, khái quát hóachúng mà rút ra những quy luật Nếu không dùng những mô hình đơn giản đểnghiên cứu mà nghiên cứu ngay những hiện tượng thực tế phức tạp thì nhiềutrường hợp quy luật bị lu mờ và nhà nghiên cứu có thể bị nhầm lẫn

* Tính trực quan: Trước hết tính trực quan của mô hình thể hiện ở chỗ dễ

dàng nhận biết bằng các giác quan Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên

mô hình, nhưng nhiều khi không làm được việc đó trên các hiện tượng thựctế

Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất,những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được Thí dụ lực hút, lực đẩy giữacác phân tử được biểu diễn trên mô hình bằng cách gạch nối đậm hay mảnh,hoặc quy luật chuyển động được biểu diễn bằng đồ thị vận tốc

Khái niệm trực quan còn được mở rộng trong trường hợp mô hình khôngtrực tiếp diễn tả hiện tượng thực tế mà so sánh với một hiện tượng thực tếkhác mà ta có thể tri giác bằng giác quan được Ví dụ như dùng mô hình sóngnước để diễn tả sự giao thoa của sóng ánh sáng mặc dù sóng ánh sáng hoàntoàn khác sóng nước Rõ ràng mức độ trực giác gián tiếp loại này còn phụthuộc vào vốn hiểu biết của chính chủ thể, do chủ thể đã tích lũy được từ trước

Ý nghĩa của tính trực quan của mô hình trong dạy học thể hiện ở chỗ,làm cho học sinh dễ hình dung các hiện tượng vật lý không thể quan sát trực

tiếp được (Ví dụ sử dụng con lắc lò xo để trực quan hoá quá trình xảy ra và sựbiến đổi của các đại lượng vật lý trong mạch dao dộng điện LC), dễ hiểu hơncác khái niệm trừu tượng (ví dụ khi minh hoạ các khái niệm dòng điện vàhiệu điện thế, có thể dùng dùng hình ảnh dòng nước chảy để trực quan hoácác kiến thức trên).

* Tính quy luật riêng: Khi xây dựng mô hình, người ta dựa vào sự tương

tự của nó với tình huống vật lý mà nó phản ánh Nhưng bản thân mô hình cónhững tính chất riêng của nó được quy định bởi tính chất của các phần tử của

nó và mối quan hệ giữa các phần tử ấy Mối quan hệ ấy tuân theo quy luậtriêng, nhiều khi không còn giống những quy luật chi phối mối quan hệ giữacác phần tử trong tình huống vật lý nữa Chẳng hạn như mô hình ký hiệu toánhọc tuân theo những quy luật toán học Từ sự vận động của những quy luậtriêng này có thể rút ra những kết luận mới có khả năng chuyển tải sang tìnhhuống vật lý (vật gốc) Đương nhiên rằng sự tiên đoán này có tính chất giảthuyết, cần được kiểm tra lại

Đây là giá trị nhận thức của mô hình Nhờ tính chất này mà với mô hình

ta không chỉ dừng lại ở sự mô tả, tìm hiểu các tình huống vật lý mà còn pháthiện ra những tính chất mới, cung cấp những thông tin mới

* Tính lý tưởng: Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn.

Nhưng khi ta mô hình hóa một vật, một mối quan hệ nào đó ta đã thực hiệnmột sự trừu tượng hóa, khái quát hóa, phản ánh các thuộc tính của vật thể,hiện tượng khách quan ở mức độ hoàn thiện cao, loại bỏ tất cả những ảnhhưởng nhiễu trong nhận thức Như vậy mô hình nào cũng có tính chất lýtưởng ít hay nhiều Nói cách khác không có mô hình nào giống hệt thực tiễnbởi nếu mô hình hoàn toàn giống thực tế khách quan thì nó không còn tínhcách là vật đại diện, thay thế nữa Một mô hình vật lý chỉ phản ánh đến mộtmức độ nhất định một vài mặt của một tình huống vật lý

Tính chất lý tưởng của mô hình ngày càng cao thì mô hình càng kháiquát và giúp ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao

trùm được một số càng lớn hiện tượng Nhưng càng khái quát, càng có tính lýtưởng cao thì khi sử dụng mô hình để nghiên cứu thực tế càng gặp nhiều khókhăn vì ta phải bổ sung vào cấu trúc chung của mô hình rất nhiều yếu tố cụthể phù hợp với các tính chất đối tượng nghiên cứu.

1.5.3 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí

Ta có thể phân các mô hình vật lý ra làm hai loại

* Mô hình lý tưởng ( hay mô hình lý thuyết)

Là những mô hình trừu tượng, trên đó về nguyên tắc người ta chỉ ápdụng những thao tác tư duy lý thuyết Các phần tử của mô hình và đối tượngnghiên cứu thực tế có thể có bản chất vật lý hoàn toàn khác nhau nhưng hoạtđộng theo những quy luật giống nhau Các mô hình lý thuyết có thể có rấtnhiều loại tùy theo mức độ trừu tượng khác nhau

- Mô hình ký hiệu: Là dạng cụ thể nhất của mô hình lý tưởng Đó là hệ

thống những ký hiệu dùng với tư cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữcái, các công thức, phương trình toán học Chúng tôi chú ý đặc biệt đến hailoại mô hình ký hiệu là mô hình toán học và mô hình đồ thị

- Mô hình toán học: Là những mô hình có bản chất khác với vật gốc,

chúng diễn tả những đặc tính của vật gốc bằng một hệ thức toán học Chẳnghạn như tất cả những đại lượng q biến thiên thỏa mãn phương trình: q”+ 2q =

0 đều biến thiên theo một quy luật dao động điều hòa Bởi vậy có thể dùngcông thức đó là mô hình của mọi dao động điều hòa không phụ thuộc vào bản

chất của dao động Mục đích của mô hình hóa là thay thế đối tượng nghiêncứu bằng phương trình sao cho có thể thu được những thông tin cần thiết mộtcách dễ dàng nhất Bởi vậy có thể ở giai đoạn đầu của quá trình nhận thứcxuất phát từ những yếu tố quan sát được (lực đàn hồi) để xây dựng mô hìnhdao động cơ học, sau đó dùng mô hình để nghiên cứu dao động điện khôngquan sát trực tiếp được.

Tuy mô hình toán có ưu điểm về sự chặt chẽ của toán học, có thể xét tớinhững yếu tố ảnh hưởng nhỏ nhất tham dự vào quá trình thực nghiệm, song

sự chặt chẽ này đồng thời lại là nhược điểm của mô hình toán, vì nó cókhoảng cách khá xa với tính linh hoạt của các quá trình thực, nhất là các quátrình xã hội

- Mô hình đồ thị: Chúng tôi đặc biệt quan tâm đến mô hình đồ thị, là một

loại mô hình rất thông dụng trong nghiên cứu vật lý, đặc biệt là trong nghiêncứu thực nghiệm, nhưng chưa được hiểu và sử dụng đúng mức

Vai trò của đồ thị thể hiện rất rõ: Đồ thị biểu diễn một mối quan hệ giữahai hoặc ba đại lượng vật lý mô tả hiện tượng tự nhiên

Nếu chỉ dừng lại ở việc giải thích hiện tượng theo quan điểm vĩ mô (theohiện tương luận) thì trong nhiều trường hợp, có thể dựa vào đồ thị để giảithích sự diễn biến của hiện tượng Chẳng hạn, người ta thường dựa vào đặctuyến vôn- ampe của tranzito để chọn điểm làm việc của nó Ngược lại vớimột điểm làm việc nhất định, thì dựa vào đặc tuyến vôn- ampe ta có thể biếttrazito hoạt động ở chế độ tuyến tính hay không tuyến tính

Mỗi đồ thị không những chỉ phản ánh đơn thuần mối liên hệ hàm số giữahai đại lượng vật lý, mà nó mang nhiều thông tin quý báu ngoài mối liên hệ

đó, đó chính là chức năng tiên đoán của đồ thị Đồ thị của đường đẳng tích vàđường đẳng áp đã cho ta tiên đoán sự tồn tại của độ không tuyệt đối

Nếu một đồ thị có một cực đại (hay một cực tiểu) thì nó sẽ cho ta thấy cóhai yếu tố trái ngược nhau chi phối hiện tượng mà ta xét

Như vậy, đồ thị vật lý hoàn toàn có đủ tư cách là một mô hình lý thuyếtcủa hiện tượng vật lý.

Để cho đồ thị có ý nghĩa như một mô hình độc lập chứ không phải chỉ làmột dạng để biểu diễn một công thức toán học, cần nói rõ cách xây dựng và

sử dụng riêng của đồ thị

- Mô hình lôgic- toán: Mô hình này dựa trên ngôn ngữ toán học Mô hình

này được sử dụng rộng rãi trên các máy tính điện tử Có thể coi mô hình dùngtrong máy tính điện tử là mô hình ký hiệu đã được vật chất hóa Những hiệntượng hoặc quá trình cần nghiên cứu được mô hình hóa dưới dạng chươngtrình của máy tính, nghĩa là hệ thống quy luật đã được mã hóa theo ngôn ngữcủa máy, chương trình này có thể coi như algorit của các hành vi của đốitượng nghiên cứu

- Mô hình biểu tượng: Mô hình biểu tượng là dạng trừu tượng nhất của

mô hình lý tưởng Những mô hình biểu tượng không tồn tại trong không gian,trong thực tế mà chỉ có trong tư duy của ta Ta chỉ nêu algôrit đã tạo ra môhình rồi hình dung nó trong óc chứ không cần làm ra mô hình cụ thể Với sựhình dung đó người ta có thể hiểu được hành vi của mô hình (và do đó của đốitượng cần nghiên cứu) bằng cách suy luận lôgic Thí dụ mô hình phân tửtrong thuyết động học phân tử của chất khí Mô hình này mang nhiều đặc tínhkhông thể diễn tả bằng một vật cụ thể hay một ký hiệu (quả cầu đàn hồi, cólực hút, lực đẩy, chuyển động hỗn loạn v.v )

Mô hình lý thuyết nhiều khi được vật chất hóa dưới một dạng nào đó để

hỗ trợ cho quá trình tư duy Ví dụ mô hình cấu tạo chất: vật chất được cấu tạo

từ những hạt nhỏ bé, riêng biệt, giữa các hạt có khoảng cách Hiện tượng quansát được trên mô hình “ngô-vừng” khi chúng được trộn lẫn vào nhau có thểchuyển sang vật gốc “rượu-nước”

Trong vật lý học những mô hình lý thuyết có tác dụng to lớn đối với quátrình nhận thức nên chúng giữ một vị trí quan trọng Mô hình ký hiệu và mô

hình biểu tượng trong sáng tạo khoa học vật lý liên quan mật thiết với nhau và

có ảnh hưởng đến sự phát triển của nhau

Tóm lại, chúng ta có thể xây dựng sơ đồ các loại mô hình như sau:

Sơ đồ 1.1 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lý

1.5.4 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

Trong nghiên cứu khoa học vật lý, mô hình và PPMH có chức năng nhậnthức, nó giúp ta phát hiện ra những đặc tính mới, hiện tượng mới, quy luậtmới Nếu xem xét quá trình học tập của học sinh là một quá trình hoạt độngnhận thức thì mô hình cũng có chức năng như trong nghiên cứu khoa học vật

lý Ngoài ra trong dạy học, nhiều khi học sinh không đủ khả năng xây dựng

mô hình để thay thế vật gốc trong nghiên cứu nhưng giáo viên có thể sử dụng

mô hình với mục đích sư phạm như một phương tiện trực quan nhằm làm chohọc sinh hiểu rõ một vấn đề nào đó

Còn đối với các mô hình lý tưởng, tuy rất có tác dụng trong hoạt độngnhận thức nhưng nhiều khi đòi hỏi ở học sinh một trình độ tư duy trừu tượng

cao, một cơ sở thực nghiệm phong phú và kinh nghiệm bản thân dồi dào mới

có thể xây dựng được mô hình V.G.Razumôpxki khi bàn về phương pháp môhình trong dạy học cũng nhận định rằng: “ở giai đoạn xây dựng mô hình, vìviệc tìm ra những đối tượng trừu tượng thích hợp có thể thay thế cho sự vật,quá trình, hiện tượng nghiên cứu là rất khó, nên thông thường thì học sinhkhông thể tự làm được việc đó, tính tự lực của họ trong giai đoạn này bị hạn chế”.Bởi vậy, trong khuôn khổ bài học không cho phép chúng ta tổ chức quátrình học tập sao cho học sinh hoàn toàn tự lực “khám phá lại” các định luậtvật lý, xây dựng các mô hình, nhưng cũng hoàn toàn đủ để cho họ được “trảiqua” những giai đoạn của sự phát minh khoa học, hiểu được ý nghĩa của các

sự kiện xuất phát, vai trò của mô hình, tầm quan trọng của sự kiểm tra bằngthực nghiệm những hệ quả lý thuyết Nói cách khác, trong dạy học vật ta ít cóđiều kiện áp dụng đầy đủ các giai đoạn của PPMH để giải quyết một vấn đềnhận thức Tuỳ theo hoàn cảnh cụ thể về trình độ học sịnh, nội dung vấn đề,phương tiện thí nghiệm mà định ra mức độ tham gia của học sinh một cáchhợp lý vào các giai đoạn của PPMH

1.5.5 Ưu - nhược điểm của phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

* Những ưu điểm:

Trước hết, PPMH giúp ta hiểu rõ đối tượng nghiên cứu Mô hình là vậtđại diện, trên đó ta sẽ tác động các thao tác lôgic và thực nghiệm Rất nhiềuhiện tượng và quá trình được giải thích rõ ràng thông qua mô hình Ví dụ như

mô hình khí lý tưởng giải thích các định luật thực nghiệm về chất khí (địnhluật Bôilơ-Mariôt, định luật Gayluyxac, định luật Saclơ)

Sự giải thích bằng mô hình là một hình thức cổ xưa nhất trong khoa học.Người ta coi những quy luật chi phối mô hình cũng là những quy luật củachính đối tượng nghiên cứu Ngày nay, khi khoa học đi sâu vào thế giới vi môkhông trực tiếp quan sát được thì chức năng mô tả giải thích của mô hìnhcàng có hiệu lực

Nhiều khi cùng một đối tượng phải dùng đến nhiều mô hình mới giảithích được Những mô hình này có thể có những tính chất trái ngược nhau.Chẳng hạn như để giải thích sự truyền ánh sáng, trong vật lý học cổ điển,người ta dùng mô hình “hạt ánh sáng”, nhưng sau đó khi phát hiện ra hiệntượng giao thoa ánh sáng thì lại dùng “mô hình sóng ánh sáng” để giải thích.Đối với vật lý cổ điển thì hai khái niệm sóng và hạt là hoàn toàn khác biệt.Chỉ mãi đến đầu thế kỷ XX sau khi xây dựng cơ học lượng tử, mô hình lưỡngtính sóng hạt mới xoá bỏ được sự không tương thích đó.

Có trường hợp một mô hình có thể dùng cho nhiều hiện tượng khácnhau về bản chất Ví dụ phương trình sóng có thể là mô hình của sự lantruyền âm trong không khí, của sự lan truyền sóng điện từ trong chân không,của chuyển động của electron trong nguyên tử Điều đó nói lên một lần nữa

PPMH có thể giúp ta phát hiện ra những sự kiện mới chưa biết Đặc biệt,

mô hình toán học nhiều khi có tác dụng tiên đoán rất lớn

* Những nhược điểm:

Các nhà khoa học đều công nhận tác dụng lớn lao của phương pháp môhình, nhưng đồng thời cũng nhấn mạnh tính gần đúng, tính tạm thời của nó.Các mô hình tuy phản ánh thế giới khách quan nhưng không thể thay thế hoàntoàn hiện thực khách quan được Thậm chí nhiều mô hình chỉ có giá trị nhưmột công cụ, phương tiện

Mặt khác, mặc dù mỗi mô hình chỉ phản ánh được một mặt nào đó củathế giới khách quan, nhưng khi sử dụng một mô hình người ta thường gán cho

nó một tầm khái quát rộng hơn Và, có khi vì quá tin vào một mô hình đãđược xác lập mà người ta đi đến sự bảo thủ, không thừa nhận những sự kiện

thực tế trái với mô hình đó Ví dụ như vì quá tin vào mô hình cơ học của thếgiới (theo Niutơn) nên các nhà khoa học phải trải qua một thời kỳ dài dằn vặt

và đấu tranh mới xác lập được những quan điểm lượng tử và tương đối tính lànhững mô hình mới phản ánh sâu sắc, đầy đủ hơn thế giới vật chất

1.6 Một vài nét về phần mềm Matlab

1.6.1 Matlab và đặc điểm của Matlab

Matlab là sản phẩm của công ty phần mềm MathWorks của Hoa Kỳ, cóthể chạy được dưới nhiều hệ điều hành, trên nhiều loại máy tính, từ các máy

vi tính đến các siêu máy tính

Đây là phần mềm để mô phỏng các hiện tượng, giải các bài toán khoahọc, kỹ thuật, kinh tế và tài chính trên máy tính một cách dễ dàng và tiện lợi.Khi sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab, ta có thể dễ dàng nhận thấynhững đặc điểm chính sau của ngôn ngữ lập trình này:

- Dễ xử lý các cấu trúc ma trận thực và phức, các xâu ký tự

- Có thể xử lý các biểu thức toán và dễ dàng kết hợp với các tính toán số

- Khả năng đồ hoạ mạnh và dễ dàng kết hợp với các tính toán số

- Số lượng các hàm rất lớn, chúng luôn hoàn thiện, bổ sung và phát triển

- Cho phép ghép nối với các hàm viết bằng ngôn ngữ C và Fortran

- Có thể dịch để chạy độc lập ngoài môi trường MatLab

Dễ phát triển các ứng dụng trên các lĩnh vực khoa học và công nghệ riêng

1.6.2 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab

B ng 1.1 M t s câu l nh c b n dùng trong Matlab ảng 1.1 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab ột số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab ố câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab ệnh cơ bản dùng trong Matlab ơ bản dùng trong Matlab ảng 1.1 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab

Matlab

delete Xóa tập tin và đối tượng đồ họa

trong file *.m

hay tập tin

B ng 1.2 Nhóm các hàm đ h a ảng 1.1 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab ồ họa ọa

‘k’ là kiểu màu, kiểu đường nét

số, ‘k’ là kiểu màu, kiểu đường nét

axis([xmin,xmax,ymin,ymax]) Thiết lập các giá min, max của hệ trục tọa

độ

là st1, st2,

B ng 1.3 Nhóm các hàn tính toán ảng 1.1 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab

B ng 1.4 Các l nh đi u khi n và các phép tính toán ảng 1.1 Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab ệnh cơ bản dùng trong Matlab ều khiển và các phép tính toán ển và các phép tính toán

1.6.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lí trong giảng dạy

Với công cụ Matlab, chúng ta không chỉ thu được các kết quả nhanh chóng

và chính xác, mà còn có thể vẽ dễ dàng các đồ thị và hình ảnh chuyển độngcủa các vật một cách trực quan, sinh động, trong khi việc vẽ các đồ thị bằngtay tốn rất nhiều công sức và thời gian

Luận văn đã xây dựng một số mô hình dưới dạng đồ họa với các tínhnăng cơ bản như tương tác thay đổi các số liệu, vẽ đồ thị, hình động…tươngứng với nội dung và mục đích dạy học Mô hình thiết kế đã được dịch thànhcác ứng dụng độc lập, trực quan, sinh động và có tính hệ thống…

Kết luận chương 1

Trong chương này, chúng tôi đặc biệt quan tâm đến một số luận điểm líluận sau:

- Một số lý luận về phương pháp dạy học vật lý theo quan điểm hiện đại

- Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học vật lý

- Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý

- Cơ sở lý thuyết về phương pháp dạy học bằng mô hình

- Một vài nét về phần mềm Matlab

Tất cả cơ sở lí luận và thực tiễn trên sẽ giúp chúng tôi vận dụng đểnghiên cứu thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạychương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng theohướng phát huy được tính tích cực nhận thức của sinh viên

CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG

DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG 2.1 Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng.

2.1.1 Hàm sóng ánh sáng

định, nghĩa là có tần số và chu kỳ:

22

f T

O x M

(0, ) cos( , ) cos( )

v T



    

  (2.2)Với c T   là bước sóng trong chân không

n

trường:

2( , )M t Acos t nx

c T



  (2.3)Đại lượng n.x = L được gọi là quang lộ của sóng trên đoạn đường OM,vậy:

2( , )M t Acos t L

Ý nghĩa vật lý của quang lộ: Quang lộ của sóng ánh sáng trên một đoạn

2.1.2 Nhiễu xạ ánh sáng

Nội dung 1: Định nghĩa

Nhiễu xạ ánh sáng là hiện tượng đường truyền tia sáng bị lệch đi khitruyền qua những lỗ nhỏ hoặc các vật cản có kích thước nhỏ Để giải thích vàtính toán hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng, dựa trên cơ sở bản chất sóng của ánhsáng, Huyghens và Fresnel đã nêu lên nguyên lý sau:

Nguyên lý Huyghens – Fresnel:

Hình 2.1 Nguyên lý Huyghens -FresnelKhi một điểm M trong môi trường truyền ánh sáng nhận được sóng ánh

sáng truyền tới thì điểm M đó trở thành một nguồn sáng mới gọi là nguồn sáng thứ cấp.

Nguồn sáng thứ cấp này có biên độ và pha ban đầu bằng biên độ và pha ban đầu của sóng ánh sáng truyền tới đó phát ánh sáng về phía trước.

Nội dung 2: Nhiễu xạ ánh sáng qua một khe hẹp

Sơ đồ bố trí thí nghiệm mô tả trên hình vẽ: