Sử dụng ngôn ngữ lập trình Mathematica để giải một số bài toán về Năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRẦN QUÍ NAM SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ “NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ SỰ PHÓNG XẠ CỦA HẠT NHÂN” TRONG C

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN QUÍ NAM

SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ “NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ SỰ PHÓNG XẠ CỦA HẠT NHÂN” TRONG CHƯƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA 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)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Loát

Hà Nội – 2011

Sách giáo khoa SGK

MỤC LỤC

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Đối tượng nghiên cứu 3

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

5 Phạm vi nghiên cứu 4

6 Giả thuyết khoa học 4

7 Phương pháp nghiên cứu 4

8 Đóng góp của đề tài 5

9 Cấu trúc Luận văn 5

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỂ TÀI 6

1.1 Khái quát chung và nhiệm vụ của quá trình dạy học 6

1.1.1 Khái quá chung 6

1.1.2 Nhiệm vụ của quá trình dạy học 7

1.2 Mục đích đổi mới phương pháp dạy học 7

1.2.1 Phương pháp dạy học 7

1.2.2 Mối quan hệ giữa mục tiêu, nội dung, phương pháp 8

1.2.3 Thực trạng của việc dạy và học hiện nay 9

1.2.4 Sự cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học 9

1.3 Định hướng đổi mới 9

1.4 Dạy học tích cực 10

1.4.1 Quan điểm về phương pháp dạy học tích cực 10

1.4.2 Phương pháp dạy học tích cực 11

1.4.3 Những dấu hiệu cơ bản của PPDHTC 11

1.5 Một số vấn đề về phương pháp dạy học Vật lí 15

1.5.1 Đối tượng của phương pháp dạy học Vật lí 15

1.5.2 Nhiệm vụ của phương pháp dạy học Vật lí 15

1.5.3 Tính đặc thù của phương pháp dạy học Vật lí – Phương pháp nhận thức Vật lí 15

1.6 Xu hướng đổi mới PPDH Vật lí 16

1.6.1 Xác định nhu cầu, phong cách học môn Vật lí của học sinh 17

1.6.2 Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học môn Vật lí 17

1.6.3 Xác định yêu cầu về nội dung bài dạy học môn Vật lí 18

1.7 Lí luận về bài tập vật lý 20

1.7.1 Lí luận về bài tập Vật lí 20

1.7.2 Sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học Vật lí Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập Vật lí 22

1.7.3 Lựa chọn bài tập Vật lí 23

1.8 Ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí 24

1.8.1 Giáo dục và công nghệ 24

1.8.2 Vai trò của CNTT trong dạy học Vật lí 25

1.8.3 Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học môn Vật lí 26

1.8.4 Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí 27

1.9 Mục đích giảng dạy một số phản ứng hạt nhân cho học sinh phổ thông với sự hỗ trợ của phần mền toán học Mathematica 28

1.9.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng hạt nhân 28

1.9.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng hạt nhân 29

Kết luận chương 1 30

Chương 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 31

2.1 Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica 31

2.2 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính 31

2.2.1 Các tính toán bằng số 32

2.2.2 Phép tính bằng ký hiệu 32

2.2.3 Vẽ đồ thị 33

2.3 Mathematica là ngôn ngữ lập trình 34

2.4 Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học 35

2.5 Mathematica là môi trường tính toán 35

2.6 Các lệnh trong Mathematica 36

2.7 Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số 37

2.7.1 Các toán tử số học 37

2.7.2 Các toán tử logic 37

2.7.3 Các thuật toán trong Mathematica 38

2.7.4 Các hàm cơ bản 39

2.8 Đồ họa trong Mathematica 40

2.8.1 Đồ thị hàm một biến 40

2.8.2 Đồ thị hàm hai biến ba chiều 42

2.8.3.Cấu trúc đồ thị 45

2.9 Phân tích một số dạng bài tập về phần phản ứng hạt nhân 46

2.9.1 Các dạng toán 46

2.9.2 Cơ sở lí thuyết về phản ứng hạt nhân 47

2.9.3 Động học phản ứng hạt nhân 49

Kết luận chương 2 54

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 55

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm 55

3.2 Đối tượng và phương thức thực nghiệm sư phạm 55

3.2.1 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 55

3.2.2 Phương thức thực nghiệm sư phạm 55

3.3 Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm 56

3.3.1 Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP 56

3.3.2 Kết quả thực nghiệm sư phạm của các lớp TN và ĐC 58

Kết luận chương 3 68

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Khuyến nghị 70

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang ở kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, sự bùng nổ thông tin và

sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, làm cho mâu thuẫn giữa lượng tri thức cần phải trang bị cho học sinh với thời lượng có hạn của tiết học ngày càng trở nên gay gắt Trong bối cảnh đó, phương pháp dạy học truyền thống mà chủ yếu là thầy thông báo kiến thức trò lắng nghe và ghi chép không còn phù hợp Đó là tất yếu khách quan đòi hỏi phải đổi mới phương pháp dạy và học

Đổi mới phương pháp dạy học không chỉ cung cấp kiến thức mà còn phải xây dựng năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh đồng thời còn phải rèn luyện cho học sinh phương pháp nghiên cứu khoa học nói chung và Vật

lý học nói riêng Tuy nhiên, phương pháp dạy học các bộ môn khoa học tự nhiên nói chung và bộ môn Vật lý nói riêng ở trường phổ thông vẫn mang nặng tính chất thông báo, tái hiện Học sinh ít được tạo điều kiện bồi dưỡng các phương pháp nhận thức, rèn luyện và tư duy khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn

đề

Mặc dù về mặt lý luận và thực tiễn khách quan cho thấy hiệu quả, lợi ích

to lớn của việc dạy học điện tử, nhưng tới nay những công trình nghiên cứu, tài liệu về phương pháp xây dựng bài giảng điện tử và sử dụng chúng trong quá trình dạy học để nâng cao chất lượng, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức

và phát huy óc sáng tạo vẫn chưa được các nhà lý luận dạy học quan tâm đúng mức, vì vậy việc triển khai còn gặp nhiều khó khăn

Đổi mới phương pháp dạy học bên cạnh cung cấp kiến thức cho học sinh, cần phải rèn cho học sinh năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực làm việc độc lập và năng lực tự nghiên cứu khoa học

Tại các trường học phổ thông trên cả nước hiện nay nói chung và trên địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng, học sinh ít được tạo điều kiện rèn luyện tư duy, nhận thức một cách logic, khoa học, năng lực tự giải quyết vấn đề Trong đổi mới phương pháp dạy học, chúng ta cần phải có thời gian để dần chuyển từ phương pháp dạy học truyền thống – giáo viên là trung tâm, là người truyền đạt kiến thức, người học tiếp thu kiến thức một cách thụ động sang phương pháp dạy học hiện đại, lấy người học làm trung tâm Ở đây, giáo viên là người đóng vai trò hướng dẫn người học chủ động tiếp cận kiến thức một cách khoa học

Có thể thấy rất rõ điều vô lý là trong khi chúng ta mong muốn đưa người học về vị trí trung tâm trong giáo dục, ý kiến người học sẽ định hướng cho cách học của chính mình và cho cả sự phát triển của nền giáo dục thì chúng ta lại không quan tâm tới ý kiến, suy nghĩ của người học Tuy chúng ta muốn học sinh, sinh viên, học viên chủ động trong học tập, chủ động trong nghiên cứu và là trung tâm của giáo dục, nhưng lại tiến hành theo phương thức gò bó, ép buộc, áp đặt mà không xem xét công việc đó có phù hợp với ý kiến của người học, với thời đại không

Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học trong thời điểm hiện nay là hoàn toàn phù hợp với xu thế của thời đại, nhất là đối với các trường học ở các thành phố, thị xã – nơi có điều kiện cơ sở vật chất, nhanh chóng tiếp thu công nghệ Đặc biệt ở Hà Nội – là trung tâm văn hóa, kinh tế, chính trị… của cả nước thì việc ứng dụng công nghệ vào dạy học là hoàn toàn cần thiết và khả thi Để đáp ứng nhu cầu đó, thì việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica là một giải pháp tối ưu hiện nay vì trình độ tin học của giáo viên chưa cao không nên chọn phần mềm mạnh nhưng khó sử dụng Phần mềm Mathematica dễ sử dụng, có đầy đủ tính năng đồ họa, tính toán và đặc biệt đây là công cụ mạnh trong việc giúp giáo viên xây dựng các mô hình vật lý một cách

dễ dàng, thuận tiện Đó cũng chính là một trong những lý do giúp tôi chọn đề

tài “Sử dụng ngôn ngữ lập trình Mathematica để giải một số bài toán về “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” chương trình sách giáo

khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao” làm đề tài Luận văn thạc sĩ của mình

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng lý luận về giải bài tập Vật lý và sử dụng hệ thống phần mềm

Mathematica giải một số bài tập thuộc phần “ năng lượng liên kết và sự phóng

xạ của hạt nhân” sách giáo khoa lớp nâng cao lớp 12 Tổ chức dạy học hệ

thống bài tập đã soạn thảo nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học

3 Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy, học của giáo viên và học sinh khi có sự hỗ trợ bởi phần mềm toán học Mathematica trong việc giải bài tập vật lý

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giải bài tập Vật lý, nghiên cứu phần mềm Mathematíca trong việc tổ chức dạy học vật lý nói chung và trong dạy soạn thảo

và dạy một số bài tập thuộc phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”

- Nghiên cứu những vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật

lý tại các trường Trung học phổ thông (THPT) nói chung, tại trường THPT Cổ Loa nói riêng trong việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ giải các bài tập vật lý

5 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 mềm toán học Mathematica trong

việc giải các bài tập vật lý, cụ thể là giải một số bài tập vật lý trong phần “ năng

lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” 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 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 các bài tập

6 Giả thuyết khoa học

Tin học hóa quá trình dạy học đã và đang chiếm ưu thế Đặc biệt là việc ứng dụng các phần mềm vào quá trình dạy học, phần mềm Mathematica một cách hợp lý, nó mang lại hiệu quả cao trong day học

Xây dựng các mô hình mô phỏng các hiện tượng vật lý, hỗ trợ giảng dạy,

từ đó dễ ràng giúp học sinh đưa ra các phương án giải quyết vấn đề trong phần

“ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”, qua đó giúp cho học sinh

thể hiện năng lực bản thân, rèn luyện, phát triển khả năng tư duy, sáng tạo một cách toàn diện

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 giải bài tập Từ đó học sinh giải quyết những vấn đề gặp phải trong quá trình nhận thức

Sử dụng phần mềm toán học Mathematica và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế, giải quyết các vấn đề trong giải bài tập vật lý 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 “ năng lượng liên kết và

sự phóng xạ của hạt nhân” của chương hạt nhân nguyên tử

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Nghiên cứu quá trình dạy học trong trường THPT nói chung và trường THPT Cổ Loa nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy, dự giờ, thảo luận với các đồng nghiệp và đánh giá của học sinh Từ đó đánh giá tình hình dạy, học

phần “năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” của học sinh phổ

thông

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

9 Cấu trúc Luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính của luận văn được trình bày thành 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài

Chương 2: Những nét cơ bản phần mềm toán học Mathematica Phân tích

một số dạng bài tập phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Khái quát chung và nhiệm vụ của quá trình dạy học

1.1.1 Khái quá chung

Hiện nay, thực tiễn giáo dục nước ta còn nhiều bất cập từ nội dung, chương trình dạy học đến phương pháp dạy học (PPDH), hình thức tổ chức, quản lý giáo dục Một số nhà lý luận dạy học cho rằng để thực hiện được mục tiêu giáo dục thì cần phải coi đổi mới PPDH là trọng tâm, quản lý giáo dục là khâu đột phá Dạy học phải hướng vào người học, “lấy người học làm trung tâm” Để thhực hiện được các mục tiêu giáo dục thì sử dụng tốt các PPDH truyền thống và đồng thời kết hợp với các PPDH không truyền thống, trong đó sử dụng công nghệ thông tin - truyền thông (CNTT – TT) là yếu tố không tách rời

Việc đổi mới phương pháp dạy học để giải quyết mâu thuẫn giữa yêu cầu đào tạo con người mới với thực trạng lạc hậu nói chung của phương pháp dạy học còn lạc hậu ở nước ta hiện nay Nhu cầu này đã được thể hiện bức xúc trong các nghị quyết của Đảng, các văn bản chỉ đạo của Nhà nước, Bộ Giáo dục Đặc biệt, vấn đề trên đã được viết thành các điều khoản trong Luật Giáo dục của nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam

Phải thừa nhận rằng trong tình hình hiện nay, phương pháp dạy học ở nước ta còn có những nhược điểm phổ biến:

 Thầy thuyết trình tràn lan;

 Tri thức được truyền thụ dưới dạng có sẵn, ít yếu tố tìm tòi, phát hiện;

 Thầy áp đặt, trò thụ động;

 Thiên về dạy, yếu về học, thiếu hoạt động tự giác, tích cực và sáng tạo của người học;

 Không kiểm soát được việc học

Mâu thuẫn giữa yêu cầu đào tạo con người để xây dựng xã hội công nghiệp hóa, hiện đại hóa với thực trạng lạc hậu của phương pháp dạy học đã đòi hỏi phải sinh thúc đẩy cuộc vận động đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp trong ngành Giáo dục và Đào tạo từ một số năm cuối thập kỷ thế kỷ XX đến nay Những tư tưởng chủ đạo của cuộc đổi mới được phát biểu dưới nhiều hình thức khác nhau: “Phát huy tính tích cực’’; “Phương pháp dạy học tích cực’’;

“Phương pháp giáo dục tích cực’’; “Hoạt động hóa người học’’; “Tích cực hóa hoạt động học tập; “Dạy học lấy người học làm trung tâm’’,

Hiện nay, chúng ta đang chứng kiến sự phát triển như vũ bão của CNTT –

TT Sự ra đời của máy tính điện tử (MTĐT), sau đó là sự ra đời của internet đã

mở ra một kỷ nguyên mới, kỷ nguyên của công nghệ Ngày nay CNTT – TT được ứng dụng trong hầu hết các lĩnh vực của kinh tế, văn hóa, xã hội Tiêu biểu như thư tín, thư điện tử, chính phủ điện tử, bệnh viện số hóa, giáo dục điện tử…Có thể nói CNTT – TT đã và đang xâm nhập vào mọi ngõ ngách của cuộc sống và trở thành một công cụ đắc lực không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại Việc ứng dụng CNTT – TT trở thành xu hướng, là nhu cầu thiết yếu để nâng cao hiệu quả hoạt động của con người trong bất kỳ lĩnh vực nào, giáo dục không nằm ngoài biên giới đó

Xuất phát từ những ưu điểm về mặt kỹ thuật và tiềm năng về mặt sư phạm của CNTT – TT mà Đảng và Nhà nước ta đã xác định ứng dụng CNTT – TT trong giáo dục là một chính sách quan trọng Điều này được thể hiện qua chỉ thị

số 29/2001/CT – Bộ GD&ĐT ngày 30 tháng 7 năm 2001; Chỉ thị số 58 của Bộ

chính trị ký ngày 17/10/2000 về đẩy mạnh ứng dụng và phát triển CNTT phục

vụ cho sự công nghiệp hóa , hiện đại hóa; Chỉ thị số 40/CT – TW của Ban chấp hành trung ương Đảng Khóa X về việc xây dựng, nâng cao chất lượng đội ngũ nhà giáo và cán bộ quản lý giáo dục; Quyết định số 47/2001/QĐ – TTg của Thủ tướng chính phủ ngày 4/4/2001; Luật giáo dục năm 2005

1.1.2 Định hướng đổi mới phương pháp dạy học

Nghị quyết TW2 khóa VIII, 1997 khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục – đào tạo khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo cho người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến, hiện đại vào quá trình dạy học”

Luật Giáo dục của Quốc hội nước Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã

quy định: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh” (Luật giáo dục 2005, chương II, mục 2, điều 28,

khoản 2)

Cốt lõi của đổi mới PPDH là hướng tới hoạt động tích cực, chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động Đổi mới nội dung và hình thức hoạt động của giáo viên (GV) và học sinh (HS), đổi mới hình thức tổ chức dạy học, đổi mới hình thức tương tác xã hội trong dạy học với định hướng:

- Bám sát mục tiêu giáo dục phổ thông;

- Phù hợp với nội dung dạy học cụ thể;

- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi học sinh;

- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trường;

- Phù hợp với việc đổi mới kiểm tra, đánh giá kết quả dạy – học;

- Kết hợp giữa việc tiếp thu và sử dụng có chọn lọc, có hiệu quả các

- PPDH tiên tiến, hiện đại với việc khai thác những yếu tố tích cực của các phương pháp dạy học truyền thống;

-Tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học và đặc biệt lưu ý đến những ứng dụng của CNTT

1.2 Quan điểm chung về đổi mới phương pháp dạy học

1.2.1 Thực trạng của việc dạy và học hiện nay

Ngành Giáo dục luôn đưa ra khẩu hiệu “Biến quá trình đào tạo thành quá trình tự đào tạo” Cuộc cải cách giáo dục lần thứ hai được bắt đầu năm 1980 đã phần nào phát huy tính tích cực, nhằm tạo ra thế hệ những người lao động sáng tạo, chủ động, làm chủ đất nước

Nhưng trên thực tế, cho tới nay ở các trường THPT phương pháp dạy và học vẫn phổ biến đơn thuần chỉ là thông báo lượng kiến thức được định sẵn trong sách giáo khoa, học sinh học một cách thụ động Tình trạng chung trong các trường học hiên nay phổ biến vẫn là “Thầy đọc – Trò chép” hoặc giảng bài cùng với vấn đáp mang tính tái hiện, minh họa

1.2.2 Bản chất của công cuộc đổi mới phương pháp dạy học

Vận dụng những thành tựu của lý luận dạy học hiện đại trên thế giới, đặc biệt là lý thuyết hoạt động vận dụng vào dạy học và một số quan điểm của dạy học kiến tạo, dạy học khám phá, các nhà nghiên cứu giáo dục Việt Nam đã nêu bật được bản chất của công cuộc đổi mới phương pháp dạy học ở Việt Nam phương pháp dạy học cần hướng vào việc tổ chức cho người học học tập trong hoạt động và bằng hoạt động tự giác, tích cực, chủ động và sáng tạo

Định hướng này nêu bật bản chất của đổi mới phương pháp dạy học là học

tập trong hoạt động và bằng hoạt động, hay nói gọn: hoạt động hóa người học

Theo đó mỗi nội dung dạy học đều liên hệ với những hoạt động nhất định Trước hết đó là những hoạt động đã được tiến hành trong quá trình lịch sử hình thành và ứng dụng những tri thức được bao hàm trong nội dung này, cũng chính là những hoạt động để người học có thể kiến tạo và ứng dụng những tri thức trong nội dung đó Tất nhiên, còn phải kể tới cả những hoạt động có tác dụng củng cố tri thức, rèn luyện những kỹ năng và hình thành những thái độ có liên quan, phát hiện được những hoạt động như vậy trong một nội dung là vạch được một con đường để người học chiếm lĩnh nội dung đó và đạt được những mục tiêu dạy học khác, cũng đồng thời là cụ thể hóa được mục tiêu dạy học nội dung đó và chỉ ra được một cách kiểm tra xem mục tiêu dạy học đó có đạt được hay không và đạt đến mức độ nào Cho nên điều căn bản của phương pháp dạy học là khai thác những hoạt động như trên tiềm tàng trong mỗi nội dung để đạt được mục tiêu dạy học Quan điểm này thể hiện rõ nét mối liên hệ giữa mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học Nó hoàn toàn phù hợp với luận điểm cơ bản của giáo dục học cho rằng con người phát triển trong hoạt động và học tập diễn ra trong hoạt động

Hoạt động liên hệ với các yếu tố: chủ thể, đối tượng, mục tiêu, phương tiện, kết quả; đối với hoạt động học, còn liên hệ đến một yếu tố quan trọng, đó là người thầy Cụ thể hóa bản chất nêu trên ta có một số đặc trưng sau đây:

(1) Xác lập vị trí chủ thể của người học, bảo đảm tính tự giác, tích cực, chủ động và sáng tạo của hoạt động học được thực hiện độc lập hoặc trong giao lưu

Người học là chủ thể kiến tạo tri thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành thái

độ chứ không phải là nhân vật bị động hoàn toàn làm theo lệnh của thầy giáo Với định hướng “hoạt động hóa người học’’, vai trò chủ thể của người học được khẳng định trong quá trình họ học tập trong hoạt động và bằng hoạt động của bản thân mình

Tùy theo mục tiêu và hoàn cảnh cụ thể, có thể tổ chức cho học sinh hoạt động độc lập hoặc trong giao lưu, cả hai trường hợp đều rất quan trọng đối với phương pháp dạy học Một mặt, mặc dầu trong quá trình học tập vẫn có cả những phần học sinh hoạt động dưới sự dẫn dắt của thầy hoặc có sự hỗ trợ của bạn, nhưng hoạt động độc lập của học sinh là thành phần không thể thiếu để đảm bảo việc học thành công Mặt khác, do bản chất xã hội của việc học, phương tiện giao lưu ngày càng được quan tâm và nhấn mạnh trong phương pháp dạy học, những yếu tố của dạy học hợp tác: học theo nhóm, theo cặp, tranh luận, ngày càng được tăng cường

(2) Tri thức được cài đặt trong những tình huống có dụng ý sư phạm:

Tri thức là đối tượng của hoạt động học tập Để dạy một tri thức nào đó, thầy giáo không nên trao ngay cho học sinh điều mình muốn dạy; cách làm tốt nhất thường là cài đặt tri thức đó vào những tình huống thích hợp để học sinh chiếm lĩnh nó thông qua hoạt động tự giác, tích cực và sáng tạo của bản thân

Theo lý thuyết kiến tạo[14], học tập là một quá trình trong đó người học xây dựng kiến thức cho mình bằng cách thích nghi với môi trường sinh ra những mâu thuẫn, những khó khăn và những sự mất cân bằng Tuy nhiên, một môi trường không có dụng ý sư phạm thì không đủ để chủ thể kiến tạo tri thức theo đúng yêu cầu xã hội mong đợi Vì thế, điều quan trọng là thiết lập những tình huống có dụng ý sư phạm để người học học tập trong hoạt động, học tập bằng thích nghi

(3) Dạy việc học, dạy tự học thông qua toàn bộ quá trình dạy học

Các nhà Tâm lý học đã chứng minh rằng năng lực của mỗi cá nhân được hình thành

và phát triển chủ yếu trong quá trình hoạt động và giao lưu của con người Con đường tối ưu nhất, có hiệu quả nhất để nâng cao chất lượng đào tạo và đạt được mục tiêu giáo dục – đào tạo là: học bằng hoạt động tự học, tự nghiên cứu của người

học, thông qua chính bằng hoạt động tự lực chiếm lĩnh kiến thức, mà hình thành năng lực và thái độ cho học sinh

Hoạt động học nhằm mục tiêu cải tạo, phát triển chính học sinh là hoạt động không ai có thể làm thay Vì thế, đòi hỏi học sinh phải tự giác, tích cực, sáng tạo, phải có khả năng tự học Các nghiên cứu về dạy học phát triển đã cho kết quả rằng trong quá trình phát triển của mỗi cá nhân đều có tính tích cực bên ngoài và tính tích cực bên trong Tính tích cực bên ngoài thể hiện ở ý chí quyết tâm thực hiện các yêu cầu học tập của giáo viên, nhà trường Các thao tác hành

vi bên ngoài có thể kiểm soát được Tính tích cực bên trong thể hiện ở chỗ người học sinh có động cơ học tập, mục đích học tập tiếp thu các tác động bên ngoài để biến thành nhu cầu nhận thức, tích cực đào sâu suy nghĩ một cách chủ động tự giác, tự lực Tính tích cực bên trong dẫn đến sự độc lập phát triển của mỗi cá

nhân học sinh, là cơ sở cho tự học suốt đời Người giáo viên Vật lý cần quán triệt

tư tưởng dạy học là sự hợp tác giữa giáo viên và học sinh

- Tự tạo và khai thác những phương tiện dạy học để tiếp nối và gia tăng sức mạnh của con người

- Tạo niềm lạc quan học tập dựa trên lao động và thành quả của bản thân người học

- Xác định vai trò mới của người thầy với tư cách người thiết kế, ủy thác, điều khiển và thể chế hóa

Trong hoạt động hóa người học, sự xác lập vị trí chủ thể của người học không hề làm suy giảm vai trò của người thầy giáo, mà ngược lại càng nâng cao vai trò trách nhiệm của người thầy Vai trò người thầy đã được chuyển đổi, thầy không phải là nguồn phát tin duy nhất, Dạy học trong cách nhìn mới sẽ không còn là cái dạy học vốn có với quyền uy tối thượng cung cấp và ban phát các chân

lý khách quan, định đoạt tính đúng sai của các nhận thức và lý giải của con

người, mà là dạy học trong tương lai, dạy học sẽ được phát triển trong sự tương tác thường xuyên với các bối cảnh của tự nhiên và xã hội, các bối cảnh luôn luôn trong tình trạng bị tác động của những xáo trộn ngẫu nhiên, bất định và không dự đoán trước được Vai trò người thầy quan trọng hơn, nặng nề hơn, thể hiện:

 Thiết kế, là lập kế hoạch, chuẩn bị quá trình dạy học về mặt mục tiêu,

nội dung, phương pháp, phương tiện và hình thức tổ chức;

 Ủy thác, là biến ý đồ dạy của thầy thành nhiệm vụ học tập tư nguyện,

tư giác của học sinh, là chuyển giao cho học sinh không phải những tri thức dưới dạng có sẵn mà là những tình huống để học sinh hoạt động thích nghi;

 Điều khiển, kể cả điều khiển về mặt tâm lý, bao gồm sự động viên,

hướng dẫn, trợ giúp và đánh giá;

 Thể chế hóa, là xác nhận những kiến thức mới phát hiện, đồng nhất hóa

những kiến thức riêng lẻ mang màu sắc cá thể, phụ thuộc vào hoàn cảnh và thời gian của từng học sinh thành tri thức khoa học của xã hội, tuân thủ chương trình về mức độ yêu cầu, cách thức diễn đạt và định vị tri thức mới trong hệ thống tri thức đã có, hướng dẫn vận dụng và ghi nhớ hoặc giải phóng khỏi trí nhớ nếu thấy không cần thiết

Từ định hướng học tập trong hoạt động và bằng hoạt động, phân tích các thành phần của hoạt động về mặt lý luận và thực tiễn, từ đó rút ra các thành tố

cơ sở của phương pháp dạy học Các thành tố cơ sở của phương pháp dạy học

thể hiện các tư tưởng chủ đạo của quan điểm hoạt động trong phương pháp dạy học Vật lý

* Cho học sinh thực hiện và tập luyện những hoạt động và hoạt động thành phần tương thích với nội dung và mục tiêu dạy học;

* Gợi động cơ cho các hoạt động học tập;

* Dẫn dắt học sinh kiến tạo tri thức, đặc biệt là tri thức phương pháp như phương tiện và kết quả của hoạt động;

* Phân bậc hoạt động là căn cứ điều khiển quá trình dạy học

1.2.3 Sự cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học

Đứng trước yêu cầu của sự công nghiệp hóa, hiện đại hoá đất nước, sự thách thức trên con đường cạnh tranh và hội nhập, đòi hỏi ngành Giáo dục phải tiến hành đổi mới một cách toàn diện, trong đó có sự đổi mới cơ bản về phương pháp dạy và học Đây không chỉ là vấn đề quan tâm riêng của nước ta hiện nay,

mà là vấn đề đã và đang được hầu hết các quốc gia quan tâm trong chiến lược phát triển đất nước – chiến lược phát triển nguồn nhân lực phục vụ cho các mục tiêu kinh tế và xã hội

1.2.4 Đổi mới dạy và học theo quan điểm CNTT

1.2.4.1 Dạy và học theo quan điểm CNTT

Theo quan điểm CNTT [13], học là quá trình thu nhận thông tin có định hướng, có sự tái tạo và phát triển thông tin; dạy là phát thông tin và giúp người học thực hiện quá trình trên một cách có hiệu quả Để đổi mới PPDH, người ta tìm những "Phương pháp làm tăng giá trị lượng tin, trao đổi thông tin nhanh hơn, nhiều hơn và hiệu quả hơn"

Nhờ sự phát triển của khoa học kỹ thuật (KHKT), quá trình dạy học đã sử dụng phương tiện dạy học (PTDH) như: phim chiếu để giảng bài với đèn chiếu Overhead; phần mềm hỗ trợ giảng bài, minh họa trên lớp với Projector; phần mềm dạy học giúp học sinh học bài trên lớp và ở nhà; công nghệ kiểm tra, đánh giá trắc nghiệm trên máy tính; sử dụng internet, thiết bị đa phương tiện, networking để dạy học

Dạy học với các phương tiện hiện đại trên sẽ có các ưu thế như: GV chuẩn bị bài một lần thì sử dụng được nhiều lần; các phần mềm dạy học giúp

giáo viên và học sinh dễ dàng hơn trong việc vẽ hình và giải quyết các bài Vật

lý Giúp bài giảng sinh động hơn, dễ dàng cập nhật và thích nghi với sự thay đổi nhanh của khoa học hiện đại; hỗ trợ, chuẩn hóa các bài giảng mẫu, đặc biệt với những bài khó giảng, khái niệm phức tạp; HS không bị thụ động, có nhiều thời gian nghe giảng để đào sâu suy nghĩ và điều quan trọng hơn là nhiều HS được dự

và nghe giảng bài của GV giỏi

1.2.4.2 Một số hướng chính trong việc sử dụng CNTT trong dạy học Vật lý

- Khai thác, tìm kiếm thông tin

Mạng internet là một kho kiến thức khổng lồ của nhân loaị về tất cả các lĩnh vực Nó cho phép người sử dụng tra cứu, tìm kiếm thông tin nhanh hơn bất

cứ phương tiện nào khác, và nó thể hiện ở bất cứ phương tiện nào khác và có thể thực hiện ở bất cứ nơi nào có nối mạng internet Bên cạnh đó, máy tính cho phép người sử dụng làm việc trực tiếp với các dữ liệu có sẵn, từ đó hình dung ra sự phong phú đa dạng của nó để phân tích hay làm sáng tỏ một vấn đề Vật lý học

- Học tập dựa trên những thông tin phản hồi

Máy tính có khả năng cung cấp thông tin nhanh và chính xác các thông tin phản hồi dưới góc độ khách quan Từ những thông tin phản hồi như vậy cho phép người học có thể đưa ra những ước đoán của mình và do đó có thể thử nghiệm, thay đổi những ý tưởng của mình

- Khả năng quan sát các mô hình - Hỗ trợ hoạt động khám phá và giải quyết vấn đề

Với khả năng và tốc độ xử lý của máy tính giúp người học đưa ra nhiều ví

dụ khi khám phá các vấn đề trong Vật lý học Máy tính sẽ trợ giúp người học quan sát, xử lí các mô hình và từ đó đưa ra lời giải trong trường hợp tổng quát

- Phát hiện các mối quan hệ trong Vật lý học

Máy tính cho phép xử lí các biểu bảng, thống kê, đồ họa một cách chính xác và liên kết chúng lại với nhau Việc thay đổi một vài thành phần và quan sát các thành phần còn lại giúp người học phát hiện ra mối quan hệ tương tự giữa các đại lượng

- Thao tác với các hành động

Người học có thể sử dụng máy tính để biểu diễn các biểu đồ, các quỹ tích một cách sinh động, giúp người học hình dung các hiện tượng, quá trình diễn biến của hiện tượng một cách dễ dàng

1.2.4.3 CNTT với vai trò PTDH, TBDH

CNTT với vai trò PTDH, TBDH cần phải đảm bảo các yêu cầu[13]:

Sử dụng CNTT như công cụ DH cần được đặt trong toàn bộ các PPDH nhằm phát huy sức mạnh của cả hệ thống đó Mỗi PPDH đều có những chỗ mạnh và chỗ yếu, ta cần phát huy chỗ mạnh và hạn chế những chỗ yếu của mỗi phương pháp

Phát huy vai trò của người thầy trong quá trình sử dụng CNTT như PTDH, TBDH Không thủ tiêu vai trò của người thầy mà trái lại còn phát huy hiệu quả hoạt động của thầy trong quá trình dạy học sử dụng CNTT Chẳng hạn khi sử dụng CNTT thay GV trong một số khoảng thời gian, do được giải phóng khỏi việc DH đồng loạt cho cả lớp, GV có thể đi sâu giúp đỡ những học sinh cá biệt (kể cả cá biệt yếu và giỏi) với thời gian dài hơn nhiều so với việc DH không sử dụng CNTT

Sử dụng CNTT như PTDH, TBDH không phải chỉ nhằm thí điểm DH với CNTT mà còn góp phần dạy học về CNTT

Sử dụng CNTT như một PTDH, TBDH không phải chỉ thực hiện DH với trang thiết bị của CNTT mà còn góp phần thúc đẩy việc đổi mới PPDH ngay cả trong điều kiện không có máy

1.3 Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học

Giáo dục của Thế kỉ 21 đang đứng trước sự phát triển như vũ bão của các tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của CNTT Đất nước ta đang bước vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước với mục tiêu đưa nước ta tiến lên từ một nước nông nghiệp lạc hậu thành một nước công nghiệp vào năm 2020 Nhân tố quyết định sự thắng lợi của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước chính là nguồn lực con người Trước yêu cầu mới của xã hội, con người có học vấn hiện đại không chỉ có khả năng lấy tri thức ra từ trí nhớ ở dạng có sẵn, đã được học ở trường mà còn phải biết tự mình chiếm lĩnh, sử dụng linh hoạt các tri thức đã học vào từng trường hợp cụ thể một cách sáng tạo, mang lại hiệu quả công việc cao nhất Chính vì thế

mà một trong những yêu cầu cấp bách hiện nay là đổi mới phương pháp dạy học

Nghị quyết Đại hội Đảng lần thứ IX đã khẳng định “Đổi mới phương pháp dạy và học, phát huy tư duy sáng tạo và năng lực đào tạo của người học, coi trọng thực hành, thực nghiệm, làm chủ kiến thức, tránh nhồi nhét, học vẹt, học chay, đổi mới và thực hiện nghiêm minh chế độ thi cử… ” Như vậy mục tiêu của việc đổi mới phương pháp dạy học là giúp cho học sinh tích cực chủ động sáng tạo trong học tập, xóa bỏ thói quen học tập thụ động Từ những nhận định trên có thể thấy rằng việc đổi mới PPDH cần phải đặt trong một hệ thống chứ không thể coi PPDH là một thành tố độc lập

1.3.1 Xác định nhu cầu, phong cách học của học sinh

Môn học vật lí được triển khai bắt đầu từ việc tìm hiểu và nhận diện được nhu cầu và phong cách học tập của học sinh[8] Các thông tin đầy đủ về nhu cầu,

kỳ vọng và phong cách học tập của học sinh sẽ giúp giáo viên phác họa được kế hoạch tổ chức triển khai và quản lí hiệu quả việc dạy học, thúc đẩy các quá trình tìm kiếm cơ hội hỗ trợ cho học sinh trong suốt quá trình dạy học Trong quá trình

tìm hiểu học sinh, giáo viên có thể áp dụng nhiều phương pháp để thu thập thông tin về học sinh Các phương pháp cần đảm bảo tính tích hợp, đa chiều, mở và đơn giản được tiến hành bằng các con đường tự nhiên nhất

1.3.2 Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học

Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học được coi là khâu trọng tâm cho việc lập kế hoạch dạy học và kiểm tra đánh giá sau này [ 12 ]

Mục tiêu dạy học được xây dựng nhằm thực hiện 2 chức năng chính:

- Định hướng trong dạy và học

- Căn cứ để kiểm tra đánh giá kết quả tiến bộ của học sinh

Dựa trên mục tiêu yêu cầu của phân phối chương trình, giáo viên cần cụ thể hóa các mục tiêu đáp ứng các chỉ số về các tiêu chí hành vi (làm được gì?), tiêu chí thực hiện (làm được bao nhiêu là đủ) và tiêu chí điều kiện (làm được trong điều kiện nào?)

Tham khảo tiêu chí SMART trong xây dựng mục tiêu:

S (specific): cụ thể, chi tiết, rõ ràng, dễ hiểu,

M (measuable): quan sát được, đo đếm được,

A (achiveable): khả thi, vừa sức,

R (realistic): thực tế,

T (time-scale): có giới hạn về thời gian,

Gợi ý xây dựng mục tiêu dạy học

- Xác định mục tiêu chuẩn (trung bình) cần phải đạt,

- Bắt đầu bằng tuyên bố: “sau bài học này (phần này, chương này ) người học sẽ/có thể/phải:……….”,

- Sử dụng các động từ chỉ hành vi, có thể quan sát, lượng hóa được,

- Sử dụng 6 thang bậc tư duy nhận thức của B.J.Bloom [14]để phân cấp mức mục tiêu:

- Gộp nhóm các mục tiêu cùng cấp

Bảng 1.1 Hệ thống hóa các mục tiêu theo ma trận

- Chia sẻ ý kiến đồng nghiệp

1.3.3 Xác định yêu cầu về nội dung bài dạy học

- Quá trình “cấu trúc hóa” lại nội dung cho phù hợp với điều kiện dạy học cụ thể

Nội dung chương trình (ND1) và nội dung dạy học cụ thể trên lớp (ND2)

ND1: là toàn bộ nội dung kiến thức được thiết kế mang tính tổng thể, chung cho một cấp học, chương trình học, được được trình bày theo một trật tự

logic khoa học, được qui định và thể chế hóa (chương trình sách giáo khoa)

ND2: là những nội dung dạy học theo chương trình nhưng đã được cấu trúc lại nhưng vẫn đảm bảo tính hệ thống, logic khoa học, được trình bày trong các hình thức dạy học khác nhau mang dấu ấn cá nhân của giáo viên (trong từng

trường hợp dạy học cụ thể)

Như vậy, để đảm bảo thực hiện đúng, đủ các yêu cầu về nội dung dạy học của chương trình đề ra, đảm bảo mục tiêu dạy học đồng thời dung hòa được những áp lực về thời gian, không gian, đối tượng Bất kỳ giáo viên nào cũng cần phải thực hiện quá trình “cấu trúc hóa” lại nội dung cho phù hợp với điều kiện dạy học cụ thể

Việc cấu trúc lại nội dung chương trình dạy học giúp cho giáo viên:

- Tăng khả năng áp dụng đa dạng các phương pháp và hình thức tổ chức dạy học (trong và ngoài giờ lên lớp)

- Phân bổ thời gian triển khai một cách hợp lý (có thể coi là một trong những giải pháp “giảm tải” hiện nay)

- Tăng cơ hội dạy học phân hóa (cho toàn lớp/ nhóm/cá nhân)

- Tăng cơ hội học tập tích cực cho học sinh

Thông thường, trong sách giáo khoa và tài liệu lí luận dạy học bộ môn Vật

lí, người ta hiểu những bài tập Vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là nghiên cứu các hiện tượng Vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy Vật lí của học sinh và rèn luyện kĩ năng vận dụng các kiến thức của họ vào thực tiễn.Nếu hiểu theo nghĩa rộng thì sự tư duy định hướng tích cực luôn luôn là việc giải bài tập Về thực chất, mỗi một vấn đề mới xuất hiện do nghiên cứu tài liệu sách giáo khoa trong mỗi tiết học Vật lí chính là một bài tập đối với học sinh

Một trong những đặc trưng của phương pháp dạy học mới, hiện đại- phương pháp dạy học tích cực là tôn trọng vai trò chủ đạo của người học, kích thích tính độc lập, sáng tạo, trau dồi khả năng tự giáo dục cho mỗi người Giáo viên giúp học sinh nắm được phương pháp chiếm lĩnh kiến thức, phương pháp

hoạt động học tập (nhận thức) cũng như phương thức hoạt động trong cuộc sống

xã hội Qua việc tự giành lấy kiến thức ở học sinh hình thành phát triển năng lực hoạt động trí tuệ, năng lực giải quyết vấn đề Nói cách khác, học sinh phát triển trong hoạt động và học tập diễn ra trong hoạt động Chính vì lẽ đó, học sinh cần phải được huấn luyện ngay từ khâu xây dựng kiến thức cho đến khâu vận dụng

nó vào thực tế Giải bài tập Vật lí là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và được tiến hành nhiều nhất Do vậy, các bài tập Vật lí có tác dụng cực kì quan trọng trong việc hình thành rèn luyện kĩ năng, kĩ xảo vận dụng và tìm tòi kiến thức cho học sinh Chúng được sử dụng trong các tiết học theo các mục đích khác nhau:

- Hình thành và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo, vận dụng kiến thức vào thực tiễn

- Kiến thức sẽ được nắm vững thực sự nếu học sinh có thể vận dụng thành thạo chúng vào việc hoàn thành những bài tập lí thuyết và thực hành

- Hình thành kiến thức mới (kể cả cung cấp những kiến thức thực tiễn)

- Ôn tập những kiến thức đã học, củng cố những kiến thức cơ bản của bài giảng

- Phát triển tư duy Vật lí

Trong thực tiễn dạy học, tư duy Vật lí thường được hiểu là “kĩ năng quan sát các hiện tượng Vật lí, phân tích một hiện tượng phức tạp thành những bộ phận thành phần và xác lập ở trong chúng những mối liên hệ giữa các mặt định tính và định lượng của các hiện tượng và của các đại lượng Vật lí, đoán trước hệ quả từ các lí thuyết và áp dụng được kiến thức của mình Trừ một số bài tập đơn giản chỉ đề cập đến một hiện tượng Vật lí , đa số các hiện tượng nêu lên trong những bài tập là phức tạp Để giải được chúng phải phân tích hiện tượng phức tạp ấy thành các hiện tượng đơn giản, thành phần, nghĩa là phải phân tích một

bài tập phức tạp thành các bài tập đơn giản, thành phần Đồng thời thông thường trong quá trình giải quyết các tình huống cụ thể nêu lên trong bài tập, học sinh phải vận dụng các thao tác tư duy để tìm hiểu, giải quyết vấn đề và rút ra kết luận cần thiết Nhờ thế, tư duy được phát triển và năng lực làm việc tự lực của học sinh được nâng cao

- Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát hiện trình độ, phát triển trí tuệ, làm bộc lộ những khó khăn, sai lầm của học sinh trong học tập đồng thời góp phần giúp họ vượt qua những khó khăn và khắc phục những sai lầm đó

- Giáo dục tư tưởng, đạo đức, kĩ thuật tổng hợp và hướng nghiệp

1.4.2 Sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học Vật lí Những yêu cầu chung trong dạy học bài tập Vật lí

- Cần dự tính kế hoạch về việc sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học

+ Xác định mục đích sử dụng bài tập:

 Dùng bài tập làm xuất hiện vấn đề trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới

 Dùng bài tập hình thành kiến thức mới

 Dùng bài tập để củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lí thuyết đã học

 Lựa chọn bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho mỗi loại bài tập đó

 Dùng bài tập để kiểm tra,đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh

+ Sắp xếp các bài tập đã chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và mục đích sử dụng trong tiến trình dạy học

Bảng 1.2 Kế hoạch sử dụng bài tập Vật lí trong dạy học

Số thứ tự

bài ở SGK

Nội dung tiết học

Ra bài tập và giải ngay

tại lớp

Ra về nhà các bài tập

Giải ở lớp các bài tập

đã ra về nhà

Hình thành kiến thức mới

Phân loại bài tập Vật lí:

- Số lượng và nội dung bài tập được lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau:

+ Phù hợp với mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng giải bài tập

+ Hệ thống bài tập bao gồm nhiều thể loại

đồ thị

Trắc nghiệm khách quan

lí

Kĩ thuật tổng hợp

Bài tập luyện tập

Bài tập sáng tạo

Bài tập định tính

Bài tập định lượng

Bài tập thí nghiệm

Phương thức cho điều kiện và phương thức giải

Nội dung

Bài tập vật lí

Yêu cầu phát triển tư duy

Vật Lý Hạt Nhân

+ Chú ý thích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh vượt qua những khó khăn chủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến

+ Các bài tập đưa ra phải có tính hệ thống

+ Các bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời có chú ý đến sự phân hóa học sinh

1.5 Mục đích giảng dạy một số bài tập về phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” cho học sinh phổ thông với sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica

1.5.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của

hạt nhân”

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 sinh giải các bài tập “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”, vì các tính toán tương đối phức tạp nên nhiều học sinh khi giải xong

bài tập không biết kết quả chính xác Với sự trợ giúp của chương trình này học sinh có thể chủ động kiểm tra được kết quả của mình đúng hay sai từ đó có thể xem xét, điều chỉnh, bổ sung kiến thức, đồng thời học sinh còn có thể tự thiết kế bài tập sau đó đưa ra phương pháp giải bài tập đó Việc làm phát huy tính tích cực chủ động và sáng tạo của học sinh

1.5.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy bài tập phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”

Để sự kết hợp đó được hài hòa, mang lại hiệu quả cao thì người GV phải chú ý tới yếu tố sư phạm, quá trình tiến hành thiết kế bài giảng có sử dụng phần mềm Mathematica phải được tiến hành theo các bước như:

- Xác định mục tiêu của bài học

- Xác định kiến thức cơ bản và trọng tâm mà HS cần đạt được trong bài học

- Xác định vốn kiến thức, kỹ năng và trình độ tư duy của HS

- Khả năng ứng dụng CNTT của GV và HS Xác định tình hình cơ sở vật chất của trường sở tại

- Mục đích sư phạm cần đạt được sau khi kết thúc bài học

Qua quá trình phân tích, chúng ta nhận thấy việc ứng dụng CNTT cũng như các phần mềm vào quá trình dạy và học trong các trường phổ thông là hoàn toàn cấp thiết và hoàn toàn phù hợp với tình hình về cơ sở vật chất của đại đa số các trường học Ngoài ra, ứng dụng CNTT vào quá trình dạy, học còn giúp cho

HS mở ra nhiều cơ hội, nhiều lựa chọn nghề nghiệp cho tương lai Tạo khả năng hội nhập và sánh vai về kinh tế, khoa học giáo dục, công nghệ của Việt Nam với thế giới

Kết luận chương 1

Chương 1 đã trình bày khái quát về phương pháp dạy học tích cực những

xu hướng đổi mới PPDH từ những nhận định có thể thấy rằng việc đổi mới PPDH cần phải đặt trong một hệ thống chứ không thể coi PPDH là một thành tố độc lập Định hướng cơ bản về đổi mới PPDH Vật lí và các biện pháp thực hiện nhằm hoạt động hóa người học Đây là những yêu cầu cấp bách trong dạy học hiện nay để có thể đáp ứng được nhu cầu đào tạo con người trong thời kỳ mới

Giới thiệu những ứng dụng và vai trò của CNTT trong dạy học nói chung

và dạy học Vật lí nói riêng trong kỷ nguyên của CNTT và truyền thông Giới thiệu một số phần mềm hỗ trợ trong việc dạy học Vật lí tạo điều kiện cho GV dạy tốt và HS học tốt hơn Việc ứng dụng CNTT trong dạy học giúp chúng ta đổi mới được nội dung và hình thức tổ chức dạy học, khắc phục những nhược điểm

của PPDH cũ Đưa ra các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích

cực với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy một số bài tập trong

phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”

Chương 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC

MATHEMATICA, PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẦN NĂNG LƯỢNG LIÊN KẾT VÀ SỰ PHÓNG XẠ CỦA HẠT NHÂN

2.1 Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica

Sau quá trình nghiên cứu lâu dài, vào năm 1988 hãng Wolfram Research

đã cho ra đời phần mềm Mathematica[1,2] Đây là phần mềm giúp ta tính toán toán học trên máy vi tính dựa vào các ngôn ngữ lập trình của Mathematica thực hiện các phép tính toán bằng ký hiệu, bằng số, đồ thị Sự ra đời của Mathematica ban đầu với mục đích là phục vụ cho các ngành khao học vật lý, công nghệ và toán học, nhưng do các tính năng và ưu điểm nổi trội của Mathematica mà phần mềm này ngày càng quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học Do vậy, ngày nay phần mềm Mathematica không chỉ được sử dụng trong lĩnh vực khoa học tự nhiên mà nó cũng đã trở nên quan trọng trong cả lĩnh vực khoa học xã hội, kinh

tế cụ thể như: dùng phần mềm Mathematica thiết kế, mô hình hóa các bài toán kinh tế,… Qua thống kê, trong 100.000 người sử dụng phần mềm Mathematica thì có 28% là kỹ sư, 21% là các nhà khoa học, 20% là các nhà vật lý, 12% là các nhà toán học, 12% là các nhà doanh nghiệp, các nhà xã hội học và nhân văn

Ngày nay số người sử dụng phần mềm này càng tăng: hầu hết 15 bộ chủ chốt của chính phủ Mỹ và 50 trường đại học lớn nhất thế giới sử dụng Mathematica và khoảng 200 quyển sách liên quan tới Mathematica được công bố [ 4, Tr.8]

2.2 Vài nét chính về Mathematica

2.2 1 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính

Mathematica là hệ thống cho phép ta thực hiện các phép tính toán bằng số,

ký hiệu và vẽ đồ thị

Khi chạy trương trình viết trên phần mềm Mathematica thì từ phần có ký hiệu In[n] là do người sử dụng viết vào, phần có ký hiệu Out[n] là kết quả do phần mềm Mathematica đưa ra

1 x

2.2.2 Vẽ đồ thị

Vẽ đồ thị là một trong các ưu điểm của phần mềm Mathematica Nó cho phép ta vẽ tất cả các loại đồ thị, biểu bảng, giản đồ,… dưới mọi góc độ khác nhau, kể cả đồ thị trong không gian ba chiều (3D)

x=a

Do[Print[x=x (x+i)*(x+2 i)],{i,3}]

a

a (1+a) (2+a)

a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a))

a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a)) (3+a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a))) (6+a (1+a) (2+a) (2+a (1+a) (2+a)) (4+a (1+a) (2+a)))

2.2.4 Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học

Các ngôn ngữ toán học được biểu diễn dưới ngôn ngữ Mathematica dưới dạng như [4, Tr.13]:

Dạng toán học Biểu diễn trong Mathematica

2.2.5 Mathematica là môi trường tính toán

Mathematica cho phép ta thiết lập, chạy, soạn thảo các phép tính toán Mathematica có hai bộ phận chính : Nhân (kernel) được dùng để soạn thỏa các tính toán và « font end » là bộ phận giao diện với người sử dụng, dùng để đưa các số liệu vào cũng như hiển thị kết quả ra màn hình Nhân hoạt động như nhau trên mọi máy tính

Có phần giao diện của Mathematica cho phép ta ghi lại các dữ liệu, gọi là notebooks Trong các notebooks có thể đồng thời chứa văn bản, đồ thị

Mathematica còn cung cấp bảng lệnh khi ấn vào (Pallettes) màn hình thì bảng lệnh hiện ra, bảng lệnh này giúp ta thuận tiện trong quá trình lập trình[4 ??? Tr 15 ]

mà chỉ cần kết quả cuối cùng thì sau mỗi câu lệnh ta đặt dấu ”;” Khi câu lệnh cuối cùng kết thúc ta ấn (SHIFT + ENTER) thì các dòng lệnh sẽ được thực hiện đồng thời [4, Tr.17]

Để hủy chương trình hay lệnh nào đó đang chạy thì ta ấn tổ hợp phím (ALT +) Để thoát khỏi Mathematica thì chúng ta cũng tiến hành thoát như các cửa sổ làm việc khác ( ALT + F4, Ctrl + F4, ) khi đó Mathematica hỏi bạn muốn ghi lại ”Save” hay không ghi lại ”Don’t save” hoặc muốn tiếp tục làm việc trên Mathematica thì ấn ”Cancel”

Để thuận tiện ta có thể dùng các File trong Mathematica, chúng có phầm

mở rộng là m Một số lệnh sử dụng File

<<baitap Đọc File có tên baitap

!!baitap Hiện nội dung của file baitap

Save[ « baitap » x1, x2,… ] Ghi lại các biến x1, x2,… vào file baitap x>>baitap Ghi lại các giá trị x vào file baitap (các dữ

liệu cũ bị xóa khỏi file baitap)

x>>>baitap Ghi thêm các giá trị x vào file baitap và

giữ nguyên các dự liệu cũ

Muốn biết thông tin về một lệnh nào đó cần sử dụng thì ta dùng lệnh:

?? Log Cho ta biết thêm các thông tin cần thiết về