Sử Dụng Một Số Mô Hình Dao Động Và Sóng Điện Từ Được Xây Dựng Bằng Ngôn Ngữ Lập Trình Matlab Để Giảng Dạy Chương Dao Động Và Sóng Điện Từ Vật Lý Lớp 12 Ban Nâng Cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRẦN THỊ THANH VÂN SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ ĐƯỢC XÂY DỰNG BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG DAO ĐỘ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘITRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN THỊ THANH VÂN

SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ ĐƯỢC XÂY DỰNG BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB

ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

VẬT LÝ LỚP 12 BAN NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học

(Bộ môn Vật lý)

HÀ NỘI - 2011

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU Error! Bookmark not defined

1 Lì do chọn đề tài

2 Mục đìch nghiên cứu

3 Đối tượng nghiên cứu

4 Giả thuyết khoa học

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

6 Phạm vi nghiên cứu

7 Phương pháp nghiên cứu

8 Đóng góp của đề tài

9 Cấu trúc luận văn

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

1.1 Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học

1.1.1 Đổi mới phương pháp dạy học – xu hướng chung của thế giới

1.1.2 Định hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay

1.2 Dạy học tìch cực

1.2.1 Tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý

1.2.2 Phương pháp dạy học tích cực

1.2.3 Một số kĩ thuật dạy học tích cực cần được sử dụng để nâng cao chất lượng dạy học

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

1.3.1.Giáo dục và công nghệ

1.3.2 Vai trò của CNTT&TT trong giảng dạy nói chung và trong giảng dạy vật lý 1.3.3 Tình hình sử dụng máy tính và khai thác phần mềm để dạy học ở nước ta hiện nay

1.3.4 Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý

1.4 Mục đích giảng dạy chương 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 mô hình Matlab trong giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ”

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 ”

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG

2.1 Tổng quan về mô hính

2.1.1 Định nghĩa mô hình

2.1.2 Chức năng của mô hình trong Vật lý học

2.1.3 Các loại mô hình Vật lý

2.1.4 Phương pháp mô hình trong nghiên cứu vật lý và các giai đoạn của của nó 2.1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học Vật lý

2.2 Tổng quan về Matlab

2.2.1 Quá trình hình thành và phát triển của Malab

2.2.2 Matlab là ngôn ngữ lập trình

2.2.3 Các đặc điểm chính của ngôn ngữ lập trình Matlab

2.2.4 Các lệnh trong Matlab

2.2.5 Đồ hoạ trong Matlab

2.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hính vật lý học ứng dụng trong giảng dạy

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC PHẦN DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ

3.1 Đặc điểm, cấu trúc, nội dung chương “dao động và sóng điện từ” vật lì 12 Ban nâng cao

3.1.1 Đặc điểm, cấu trúc chương “dao động và sóng điện từ” trong chương trình

vật lí phổ thông lớp 12 chương trình nâng cao

3.1.2 Nội dung kiến thức chươn g: “Dao động và sóng điện từ”

3.1.3 Mục tiêu về kiến thức và kĩ năng học sinh cần đạt khi học chương “Dao động và sóng điện từ”

3.2.1 Mạch dao động

3.2.2 Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC

3.2.3 Mạch chọn sóng LC

3.2.4 Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian

3.3 Thực nghiệm sƣ phạm

3.3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm:

3.3.2 Lựa chọn đối tượng thực nghiệm

3.3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

3.3.4 Thời điểm thực nghiệm 15/10/2010 đến 17/11/2010

3.3.5 Diễn biến thực nghiệm sư phạm

3.3.6 Đánh giá kết quả thực nghiệm

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Cuộc cách mạng về công nghệ thông tin bắt đầu từ những năm cuối Thế

kỷ 20 đã đem lại vô số những thành tựu góp phần to lớn phát triển mọi mặt của

xã hội loài người Hoạt động dạy học cùng với những hoạt động khác của xã hội được tin học hóa mạnh mẽ Điều này không chỉ thể hiện ở việc tiến hành xây dựng một kết cấu hạ tầng thông tin mà bản chất của nó nằm ở sự thay đổi về nội dung, hình thức tổ chức dạy học và thay đổi tư duy của người dạy và người học

ở tất cả các cấp bậc giáo dục

Việc phát triển năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trung học phổ thông là một trong những mục tiêu của công cuộc đổi mới phương pháp dạy học Đây là nhiệm vụ khó khăn khi nội dung dạy học khá nặng nề và chế độ thi cử còn cồng kềnh chưa định hướng mục đích học tập Học sinh tại các trường Trung học phổ thông ít có điều kiện để được rèn luyện tư duy khoa học,

kĩ năng thu thập và xử lý thông tin Việc tiếp cận với tin học một cách thường xuyên sẽ dần hình thành cho học sinh kinh nghiệm về thu thập và xử lý thông tin, nhưng chừng đó là chưa đủ Vai trò tổ chức hoạt động học tập ứng dụng công nghệ tin học đòi hỏi người giáo viên phải hiểu và sử dụng máy tính một cách thuần thục

Việc mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng Vật lý bằng phần mềm giúp học sinh nhận thức hiện tượng một cách trực quan Dạy học Vật lý với sự hỗ trợ của mô hình tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời lượng thảo luận và giải quyết các vấn đề thuộc bản chất hiện tượng

Hiện nay mạng xã hội ảo trở nên phổ biến và sẽ còn phát triển mạnh mẽ trong nhiều năm tới Việc tìm kiếm, chia sẻ thông tin trên mạng internet đã trở nên phổ biến, điều này đòi hỏi người giáo viên thế hệ mới có những hiểu biết sâu hơn về máy tính, kĩ thuật mạng và kĩ thuật số Trao đổi thông tin trong cộng đồng mạng xã hội ảo phát triển mạnh mẽ khiến cho lượng thông tin của loài

của giáo viên là hết sức quan trọng Với các giáo viên giảng dạy môn Vật lý thì

họ cần các tiện ích, phần mềm, tài liệu liên quan về bộ môn của họ Như vậy, các giáo viên cần đến một công cụ nào đó có thể dễ dàng thiết kế, xây dựng mô hình Vật lý, có cộng đồng phát triển đông đảo, đồng thời tính tương thích và kế thừa cao Matlab là phần mềm có thể thỏa mãn đa số các yêu cầu đó, nhất là khi nó được kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực sẽ thu được những thành công lớn

Xuất phát từ các vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “Sử dụng một số mô hình dao động và sóng điện từ được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương dao động và sóng điện từ Vật lý lớp 12 ban nâng cao” làm đề tài

nghiên cứu luận văn của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Sử dụng mô hình biểu diễn quá trình dao động và sóng được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh hình thành tư duy logic, giải quyết vấn đề

Kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực để quá trình dạy học đạt hiệu qủa cao

Rèn luyện tư duy phê phán, phân tích, đối thoại và sáng tạo cho học sinh

3 Đối tượng nghiên cứu

Các khái niệm cơ bản trong phần dao động và sóng điện từ

Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy và học các kiến thức trên

4 Giả thuyết khoa học

Việc học chay đôi khi làm cho học sinh không hiểu được bản chất của vấn

đề, nắm kiến thức không sâu, tiếp thu một cách thụ động do đó không gây hứng thú cho học sinh Sử dùng phần mềm Matlab mô hình hóa một số khái niệm cơ bản, các hiện tượng và mối quan hệ giữa các đại lượng trong phần dao động và sóng điện từ và các mô hình này kết hợp với phương pháp dạy học tích cực giúp học sinh nhận thức sâu sắc hơn về bản chất Vật lý của vấn đề, làm cho học sinh tiếp thu kiến thức một cách tích cực, ghi nhớ một cách logic và vận dụng sáng

tạo hơn Việc mô hình hóa trên góp phần đẩy mạnh quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy bộ môn Vật lý ở trường phổ thông

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung vào các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động của đối tượng vật lý

Nghiên cứu cơ sở lý luận của các phương pháp dạy học tích cực

Nghiên cứu nội dung dạy học thuộc phần dao động và sóng điện từ trong chương trình Vật lý phổ thông

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

6 Phạm vi nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu quá trình dạy học nói chung, dạy vật lý nói riêng trong trường THPT khi có sự hỗ trợ bởi phầm mền Matlab trong việc giảng dạy

vật lý, cụ thể là dạy và học vật lý trong phần dao động và sóng điện từ Với mục

đích nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ thông tin, khả năng giải quyết vấn

đề, khả năng làm việc nhóm, năng lực nhận thức của học sinh, giúp người học chủ động giải quyết vần đề khi gặp phải trong quá trình dạy học và giúp người dạy có thêm công cụ trong việc dạy vật lý

7 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận:

Dựa vào tài liệu lý luận dạy học làm sáng tỏ các quan điểm trong tổ chức, điều khiển diễn biến quá trình dạy học vật lý Từ đó học sinh biết cách gải quyết những vấn đề gặp phải trong quá trình nhận thức

Dựa vào tài liệu lý luận về các phương pháp day học tích cực, lựa chọn và xây dựng pương pháp dạy học tích cực vận dụng trong phần dao động và sóng điện từ

Sử dụng phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế,

mô phỏng các hiện tượng dao động và sóng điện từ phục vụ quá trình dạy học

Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, sách tham khảo, từ đó xác định chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài tập vật lý mà học sinh cần phải nắm được khi học phần dao động và sóng điện

từ

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu quá trình dạy học trong trường THPT nói chung và trường THPT Cổ Loa, Đông Anh Hà Nội nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy,

dự giờ, thảo luận với các đồng nghiệp và đánh giá kết quả học tập của học sinh

Trên cơ sở kết quả thu được tiến hành đánh giá tình hình dạy, học phần dao động

và sóng điện từ của học sinh phổ thông

Nghiên cứu quá trình sử dụng máy tính trong việc ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng dạy ở trường THPT

Tạo ra một số mô hình có giá trị thực tiễn

Kết hợp được phương pháp mô hình với phương pháp dạy học tích cực để đạt hiệu quả cao trong dạy học

9 Cấu trúc luận văn

Trên cơ sở nội dung đề tài đã lựa chọn, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia thành 3 chương sau:

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

Chương 2: Tổng quan về Matlab và các ứng dụng

Chương 3: Sử dụng một số mô hình Matlab trong dạy học phần dao động

và sóng điện từ

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

1.1 Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học

1.1.1 Đổi mới phương pháp dạy học – xu hướng chung của thế giới

1.1.2 Định hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay

Các kết quả nghiên cứu tâm lí về khả năng lưu giữ thông tin của học sinh

và của cho thấy bằng cách đọc chỉ đạt 5%, bằng nghe chỉ đạt 10%, bằng các phương tiện nghe nhìn đạt 20%, bằng thảo luận đạt 50% Thu nhận bằng kinh nghiệm thực hành đạt được 75%, khi dạy lại cho người khác có thể đạt 90%

(Nghiên cứu do National Training Laboratories tiến hành ở Bethel, bang Maine,

Hoa Kỳ)

Trên cơ sở các nghiên cứu, định hướng đổi mới phương pháp dạy học ngày nay là hướng tới người học, phát huy tính tích cực, chủ động của người học

Để đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, nước ta cần nhanh chóng chuyển từ mô hình dạy học thụ động sang mô hình dạy học tích cực

1.1.2.1 Xây dựng cơ sở lý thuyết

1.1.2.2 Hoàn thiện phương pháp dạy học hiện có

1.1.2.3 Sáng tạo các phương pháp mới

1.2 Dạy học tích cực

1.2.1 Tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý

Tính tích cực, tự giác trong quá trình dạy học Vật lý được tạo ra do mối

liên hệ giữa hoạt động của giáo viên và học sinh trong giờ học môn Vật lý , học sinh cần hiểu rằng sau mỗi định luật, một tính chất là các thông tin lớn về thực tế ứng dụng để giải thích các hiện tượng trong đời sống hàng ngày Thông thường học sinh không có khái niệm đầy đủ về tính chất và đặc điểm của chúng, mà cần

có sự điều khiển hoạt động nhận thức học tập của giáo viên cùng với thí nghiệm vật lý và ứng dụng thực tế

Hoạt động tích cực nhận thức của học sinh được xuất hiện trong các khâu của quá trình dạy học vật lý Giáo viên phát triển các hoạt động này thông qua các hình thức tổ chức hoạt động học tập khác nhau( bài giảng, trò chuyện, xêmina ) Trong điều kiện hiện đại, một trong các phương pháp phát triển tính tích cực nhận thức của học sinh là áp dụng phương pháp dạy học có ứng dụng CNTT&TT

1.2.2 Phương pháp dạy học tích cực

Phương pháp dạy học tích cực là một thuật ngữ rút gọn, được dùng ở nhiều nước, để chỉ những phương pháp giáo dục - dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động sáng tạo của người học “Tích cực” trong phương pháp

tích cực được dùng với nghĩa là hoạt động, chủ động trái với nghĩa là không hoạt

động, thụ động chứ không dùng trái nghĩa với tiêu cực, thuật ngữ rút gọn

“phương pháp tích cực” hàm chứa cả phương pháp dạy và phương pháp học

1.2.3 Một số kĩ thuật dạy học tích cực cần được sử dụng để nâng cao chất lượng dạy học

1.2.4.2 Kĩ thuật khăn phủ bàn

Là kĩ thuật tổ chức hoạt động học tập mang tính hợp tác kết hợp giữa hoạt động cá nhân và nhóm

Kĩ thuật này đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau :

1.2.4.3 Kĩ thuật dạy học theo góc

Ý kiến cá nhân

Ý kiến cá nhân

Ý kiến

cá nhân

Ý kiến

cá nhân Ý kiến chung của cả

nhóm về chủ đề

Là một phương pháp tổ chức hoạt động học tập theo đó học sinh thực hiện các nhiệm vụ khác nhau tại các vị trí cụ thể trong khoảng không gian lớp học đảm bảo cho HS học sâu và học thoải mái

1.2.4.4 Kĩ thuật dạy học theo sơ đồ KWL

Là kĩ thuật dạy học nhằm tạo điều kiện cho người học nêu được những điều đã biết liên quan đến chủ đề, những điều muốn biết về chủ đề trước khi học và những điều đã học được sau khi học

Dựa trên sơ đồ KWL, người học tự đánh giá được sự quả tiến bộ của mình trong việc học, đồng thời GV biết được kết quả học tập của người học, từ đó điều chỉnh việc dạy học cho học sinh (K(known-Điều đã biết) W (what- Điều muốn biết) L(learn- Điều học được))

1.2.4.5 Kĩ thuật dạy học theo bản đồ tư duy

Bản đồ tư duy (BĐTD) là hình thức ghi chép sử dụng màu sắc, hình ảnh

để mở rộng và đào sâu các ý tưởng BĐTD một công cụ tổ chức tư duy nền tảng,

có thể miêu tả nó là một kĩ thuật hình họa với sự kết hợp giữa từ ngữ, hình ảnh, đường nét, màu sắc phù hợp với cấu trúc, hoạt động và chức năng của bộ não, giúp con người khai thác tiềm năng vô tận của bộ não BĐTD là công cụ đồ họa

nối các hình ảnh có liên hệ với nhau vì vậy có thể vận dụng BĐTD vào hỗ trợ

dạy học kiến thức mới, củng cố kiến thức sau mỗi tiết học, ôn tập hệ thống hóa kiến thức sau mỗi chương, và giúp cán bộ quản lí giáo dục lập kế hoạch công

Đối với ngành vật lý, việc ứng dụng CNTT&TT trong giảng dạy vật lý sẽ tạo

ra một bước chuyển cơ bản trong quá trình đổi mới nội dung, phương pháp dạy học cụ thể

Để phục vụ cho việc đổi mới phương pháp dạy học, giáo viên có thể theo tùy từng bài giảng, từng mảng kiến thức hoặc tùy theo từng đối tượng học sinh mà vận dụng một cách linh hoạt, sáng tạo CNTT&TT trong từng giờ, từng kiểu bài lên lớp Nhờ các công cụ đa phương tiện của máy tính như: văn bản (text), đồ họa (graphic), hình ảnh (image), âm thanh (sound), giáo viên sẽ xây dựng được bài học sinh động, thu hút được sự tập trung của học sinh, dễ dàng vận dụng các phương pháp sư phạm: phương pháp dạy học tình huống, phương pháp dạy học nêu vấn đề Qua đó tăng tính tích cực chủ động của học sinh trong quá trình học tập

1.3.3 Tình hình sử dụng máy tính và khai thác phần mềm để dạy học ở nước

ta hiện nay

1.3.3.1 Tình hình sử dụng máy tính ở nước ta hiện nay

1.3.3.2 Khai thác sử dụng một số phần mềm để dạy học môn vật lý

1.3.4 Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý

1.3.4.1 Ưu điểm

1.3.4.2 Hạn chế

1.4 Mục đích giảng dạy chương 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 mô hình Matlab trong giảng 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 thì trong quá trình DH người GV phải đưa ra phương pháp dạy học thích hợp; hướng người học đi theo hướng phát hiện và giải quyết vấn đề một cách tự lực, tích cực và đây là một trong số các phương pháp mà chúng tôi đã sử dụng:

- Khi học về chương dao động điện từ, đây là một chương chủ yếu là lý thuyết mới nhưng cũng lại có sự tương đồng với kiến thức của chương “dao động điều hoà” việc kết hợp giữa phương pháp dạy học tích cực như phiếu học tập KWL và cho học sinh quan sát các mô hình giúp các em hiểu được lý thuyết