Sử dụng phần mềm MATHEMATICA hướng dẫn học sinh giải bài tập phần chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ

Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học có tác dụng tích cực tới việc giáo dục và phát triển tư duy của học sinh,

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU

1 Tên đề tài……….……… …1

2 Lí do chọn đề tài… 1

3 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài 3

5 Đối tượng, khách thể nghiên cứu và mẫu khảo sát của đề tài 3

6 Vấn đề nghiên cứ.… 4

7 Giả thuyết khoa học của đề tài 4

8 Phương pháp nghiên cứu của đề tài 4

9 Đóng góp của đề tài 5

10 Cấu trúc của Luận văn 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học……… 6

1.2 Phương pháp dạy học tích cực……….10

1.2.1 Khái niệm………10

1.2.2 Các đặc trưng cơ bản………10

1.3 Tiến trình khoa học giải quyết vấn đề……….12

1.4 Lí luận về bài tập vật lí……….………13

1.4.1 Định nghĩa bài tập vật lí………13

1.4.2 Tác dụng của bài tập vật lí………14

1.4.3 Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí………15

1.4.4 Phương pháp giải bài tập vật lí………19

1.5 Rèn luyện tư duy cho học sinh trong dạy học Vật lí………24

1.5.1 Tầm quan trọng………24

1.5.2 Rèn luyện các thao tác tư duy……… 25

1.6 Vai trò của CNTT trong việc đổi mới phương pháp dạy học ………… 26

1.6.1 Đổi mới phương pháp dạy học theo quan điểm CNTT……… 26

1.6.2 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng CNTT ở trường trung học……… 28

1.7 Giới thiệu phần mềm Mathematica………29

1.7.1 Vài nét chính về Mathematica……… 29

1.7.2 Các lệnh cơ bản của Mathematica về tính toán bằng số…… 31

1.7.3 Các tính toán đại số ……….34

1.7.4 Các tính toán giải tích……….36

1.7.5 Đồ hoạ trong Mathematica………38

1.7.6 Mathematica là ngôn ngữ lập trình……… 45

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP BẰNG PHẦN MỀM MATHEMATICA PHẦN “CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG” VÀ “CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG TỪ TRƯỜNG” LỚP 11 NÂNG CAO 2.1 Phân tích nội dung kiến thức phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường”….47 2.1.1 Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường đều………47

2.1.2 Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều………… 48

2.1.3 Sự lệch của quĩ đạo của hạt mang điện trong điện trường và từ trường……… 51

2.2 Nội dung kiến thức trong chương trình vật lí 11 nâng cao………66

2.2.1 Vị trí phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” trong chương trình Vật lí 11 nâng cao……… 66

2.2.2 Nội dung kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học…… 66

2. Thực trạng dạy học giải bài tập vật lí phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường”

lớp 11 nâng cao……… 72

2.3.1 Mục đích điều tra………73

2.3.2 Phương pháp điều tra……….73

2.3.3 Kết quả điều tra……… 74

2.4 Xây dựng hệ thống bài tập phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường”……… 77

2.4.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập vật lí……….……77

2.4.2 Hệ thống bài tập……… 77

2.5 Hướng dẫn học sinh giải bài tập phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” lớp 11 nâng cao có sử dụng phần mềm Mathematica………85

2.5.1 Phương pháp……… 85

2.5.2 Hướng dẫn học sinh ……… 86

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm……… 109

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm………109

3.3 Phương pháp thực nghiệm……… 109

3.4 Tiến trình thực nghiệm sư phạm……….110

3.4.1 Thời gian thực nghiệm……… 110

3.4.2 Đánh giá kết quả thực nghiệm………110

3.4.3 Xử lí kết quả bằng thống kê toán học ……….117

KẾT LUẬN……… 126

TÀI LIỆU THAM KHẢO ……….128 PHỤ LỤC

NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

BT : Bài tập BTVL : Bài tập Vật lí CNTT : Công nghệ thông tin

ĐC : Đối chứng ĐHQG : Đại học quốc gia

GV : Giáo viên

HS : Học sinh NXB : Nhà xuất bản PPDH : Phương pháp dạy học QĐDH : Quan điểm dạy học SGK : Sách giáo khoa TBDH : Thiết bị dạy học THPT : Trung học phổ thông

TN : Thực nghiệm

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ sáng tạo Đất nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa Viễn cảnh sôi động, tươi đẹp, nhưng cũng nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục và Đào tạo phải có những đổi mới căn bản, mạnh mẽ, vươn tới ngang tầm với sự phát triển chung của thế giới và khu vực Sự nghiệp giáo dục đào tạo phải góp phần quyết định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho thế hệ trẻ

Giáo dục cần đào tạo con người đáp ứng được những đòi hỏi của thị trường lao động và nghề nghiệp cũng như cuộc sống, có khả năng hòa nhập và cạnh tranh quốc tế, đặc biệt là đào tạo con người có: năng lực hành động; tính sáng tạo, năng động; tính tự lực và trách nhiệm; năng lực cộng tác làm việc; năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp; khả năng học tập suốt đời Chính vì vậy chúng ta cần phải đổi mới phương pháp dạy - học

Một trong những định hướng đổi mới phương pháp giáo dục được thực hiện theo định hướng tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học, đặc biệt lưu ý đến những ứng dụng của công nghệ thông tin Theo quan điểm thông tin, học là một 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 hiệu quả Để đổi mới phương pháp dạy học, người ta tìm những “phương pháp làm tăng giá trị lượng thông tin, trao đổi thông tin nhanh hơn, nhiều hơn, hiệu quả hơn” Phát huy vai trò của người thầy trong quá trình sử dụng công nghệ thông tin không thủ tiêu vai trò của người thầy mà trái lại còn phát huy hiệu quả hoạt động của thầy giáo trong quá trình dạy học

Trong thời gian gần đây, ở nước ta có nhiều công trình nghiên cứu về đổi mới phương pháp dạy học theo quan điểm ứng dụng công nghệ thông tin

và truyền thông như phần mềm hỗ trợ bài giảng, minh họa trên lớp với máy chiếu, phần mềm dạy học giúp học sinh học trên lớp và ở nhà, công nghệ kiểm tra, đánh giá bằng trắc nghiệm trên máy vi tính, sử dụng Internet, thiết bị đa phương tiện để dạy học

Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp dạy học có tác dụng tích cực tới việc giáo dục

và phát triển tư duy của học sinh, đồng thời cũng là thước đo thực chất, đúng đắn sự nắm vững kiến thức vật lí, kĩ năng, kĩ xảo của họ thì chưa có nhiều công trình nghiên cứu Trong khi đó, hiện nay trên thế giới đã có những phần mềm được sử dụng là một công cụ mạnh trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật cũng như trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo và đã được rất nhiều nước đang

và từ trường sách giáo khoa Vật lí 11 nâng cao làm đề tài nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Vận dụng lí luận về giải bài tập Vật lí, soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica thuộc các phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” sách giáo khoa Vật lí 11 nâng cao, góp phần nâng cao chất lượng dạy học

3 Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài

Để đạt được mục tiêu đề ra, chúng tôi xác định đề tài có những nhiệm

vụ sau:

- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về dạy học, nghiên cứu cơ sở lí luận về giải bài tập Vật lí, nghiên cứu phần mềm Mathematica

- Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức phần

“Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” và các tài liệu liên quan nhằm xác định được mức

độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng học sinh cần nắm vững

- Tìm hiểu thực tế dạy học phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai lầm phổ biến của học sinh Từ đó, thử đề xuất nguyên nhân của các khó khăn, sai lầm đó và nêu các biện pháp khắc phục

- Soạn thảo hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica để giải

và sử dụng hệ thống bài tập này vào việc tổ chức hoạt động dạy học

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo

để đánh giá hiệu quả của nó với việc đưa phần mềm Mathematica vào dạy học

4 Đối tượng, khách thể nghiên cứu của đề tài

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn Vật lí phần Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường của giáo viên và học

sinh lớp 11 nâng cao

- Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm Mathematica, ứng dụng vào giảng

dạy giải bài tập Vật lí phần Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường

và từ trường lớp 11 nâng cao

5 Vấn đề nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Mathematica như thế nào trong việc dạy giải bài tập vật lí phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” lớp 11 nâng cao?

6 Giả thuyết khoa học của đề tài

Nếu học sinh có kiến thức cơ bản về tin học và nắm vững kiến thức vật

lí của phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển

động của hạt mang điện trong từ trường” lớp 11, giáo viên hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí cho học sinh bằng cách khai thác, sử dụng phần mềm Mathematica một cách hợp lý thì sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy học

7 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Để thực hiện được các nhiệm vụ trên, chúng tôi sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:

7.1 Phương pháp nghiên cứu tài liệu

- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lí học, về lí luận dạy học nói chung và tài liệu về lí luận dạy học vật lí nói riêng có liên quan đến đề tài, lí luận về dạy giải bài tập Vật lí dùng làm cơ sở định hướng cho quá trình nghiên cứu

- Nghiên cứu các nội dung kiến thức cơ bản phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” lớp 11 nâng cao nhằm định hướng cho việc thực hiện mục đích nghiên cứu

- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Mathematica

7.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học và tìm hiểu việc dạy và học tin học hiện nay ở các trường trung học phổ thông

- Điều tra thực tế dạy và học các kiến thức phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” lớp 11 nâng cao, đặc biệt trong các giờ bài tập và tự chọn: xem giáo

án, trao đổi với giáo viên và học sinh, phát phiếu điều tra cho giáo viên đang dạy môn Vật lí lớp 11 ở 3 trường THPT Hồng Quang, THPT Nguyễn Du và THPT Chuyên Nguyễn Trãi- tỉnh Hải Dương

- Thực nghiệm sư phạm ở trường THPT Hồng Quang để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập vật lí được sử dụng phần mềm Mathematica so với không sử dụng phần mềm để giải, từ đó hoàn thiện hơn các dạng bài tập có thể giải bằng phần mềm Mathematica

7.3 Phương pháp xử lí thông tin

Sử dụng thống kê toán học để xử lí số liệu điều tra thực tế và thực nghiệm sư phạm

9 Cấu trúc của Luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung của Luận văn được trình bày trong 3 chương:

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN

Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP BẰNG PHẦN MỀM MATHEMATICA PHẦN “CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƯỜNG” VÀ “CHUYỂN ĐỘNG

CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG TỪ TRƯỜNG” LỚP 11 NÂNG CAO

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học

Dạy và học là hai mặt của một quá trình thống nhất biện chứng- quá trình dạy học Tuy hai hoạt động dạy và học có cấu trúc khác nhau, nhưng lại có mối quan hệ qua lại khăng khít với nhau, không thể tách rời

Theo kiểu dạy học truyền thống cũ, điều quan tâm chủ yếu của giáo viên

là sự trình bày bài giảng của mình về các kiến thức cần dạy cho học sinh sao cho đảm bảo được nội dung chính xác, sâu sắc, đầy đủ Nghĩa là theo kiểu dạy học này, trung tâm chú ý là nội dung kiến thức cần dạy Dần dần người ta đã nhận rõ rằng nếu chỉ quan tâm tới bản thân nội dung kiến thức thì dù có trình bày tốt đến đâu cũng vẫn chưa phải là sự xác định một cách cụ thể học sinh cần đạt được những khả năng gì trong hoặc sau khi học, và bằng cách nào đảm bảo cho học sinh đạt được những khả năng đó Đó là một nhược điểm cơ bản của kiểu dạy học cũ Nó hạn chế chất lượng và hiệu quả dạy học

Trong mấy thập kỉ qua, để khắc phục nhược điểm của kiểu dạy học cũ, trên thế giới đã hình thành quan niệm về kiểu dạy học mà trung tâm chú ý là những khả năng, những hành vi mà người học cần thể hiện ra được, cần đạt được trong hoặc sau khi học Những khả năng này được xem là những kết quả

mà sự dạy mang lại ở người học

Sự khác biệt giữa các quan niệm truyền thống và các quan niệm hiện đại

về dạy học được thể hiện rõ khi xem xét bản chất hành động của sự học và chức năng của giáo viên trong sự tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học, cụ thể qua sự so sánh các quan niệm sau:

Quan niệm về mục đích dạy học

Quan niệm truyền thống

(GV làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm) Đào tạo trẻ em thành người lớn thông

qua những người lớn tuổi hơn, những

người hiểu biết, những hình mẫu Lí

luận dạy học thiên về mệnh lệnh, uy

quyền

Xây dựng các chương trình đào tạo phù hợp với chủ thể nhằm hình thành các năng lực chuyên môn, năng lực xã hội và cá nhân, khả năng hành động Lí luận dạy học chú trọng năng lực tự chủ, khả năng giao tiếp

Quan niệm về nội dung dạy học

Quan niệm truyền thống

(GV làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm) Các nhà chuyên môn xác định những

nội dung quan trọng, từ đó đề ra

những yêu cầu, tiêu chuẩn, những điều

bắt buộc Sự lựa chọn nội dung thiên

về định hướng chuyên môn và là bắt

buộc

Người điều khiển quá trình dạy học đưa ra những nội dung tiêu biểu, then chốt, cũng như những vấn đề có ý nghĩa với đời sống xã hội Sự lựa chọn nội dung mang tính liên môn và

có sự thỏa thuận của người học

Quan niệm về phương pháp, phương tiện dạy học

Quan niệm truyền thống

(GV làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm) Các phương pháp truyền thụ và thông

báo chiếm ưu thế, trong đó bao gồm

định hướng mục đích học tập và kiểm

tra Các phương pháp nặng về định

hướng hiệu quả truyền đạt

Giờ học là sự phối hợp hoạt động của người dạy và người học trong việc lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá Dạy học theo hướng giải quyết vấn đề, định hướng hành động chiếm ưu thế

Quan niệm về đánh giá

Quan niệm truyền thống

(GV làm trung tâm)

Quan niệm hiện đại (HS làm trung tâm) Kết quả học tập được đo và dự báo với

nhiều phương pháp khác nhau Dạy

học và đánh giá là hai thành phần khác

nhau của quá trình dạy học Chú trọng

khả năng tái hiện chính xác tri thức

Không phải chỉ kết quả học tập mà chính quá trình học tập mới là đối tượng đánh giá chủ yếu Học sinh được tham gia vào quá trình đánh giá Chú trọng việc ứng dụng tri thức trong các tình huống hành động

Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và học sinh trong sự tương tác thống nhất biện chứng của ba thành phần trong hệ dạy học bao gồm: Giáo viên - Học sinh - Phương tiện hoạt động dạy học

Mỗi hoạt động diễn ra theo các pha: định hướng, chấp hành, kiểm tra

Cơ sở định hướng của hành động có tầm quan trọng đặc biệt với chất lượng, hiệu quả của hành động Giáo viên có vai trò quan trọng trong việc giúp đỡ cho sự hình thành cơ sở định hướng khái quát hành động của học sinh Cơ sở định hướng bao gồm những nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất cho sự thành công của hành động chủ thể Hoạt động dạy của giáo viên phải có tác dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phù hợp với con đường biện chứng của sự hình thành, phát triển và hoàn thiện của hành động

Sự học là quá trình hình thành và phát triển của các dạng thức hành động xác định là sự thích ứng của chủ thể với tình huống qua đó chủ thể chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách của cá nhân Mỗi tri thức mới học được, có chất lượng phải là kết quả của sự thích ứng của người học với những tình huống mới xác định Chính quá trình thích ứng này

của người học là hoạt động xây dựng nên tri thức mới với tính cách là phương tiện tối ưu để giải quyết tình huống

Dạy học là dạy hành động (hành động chiếm lĩnh tri thức và hành động vận dụng tri thức) và do đó trong dạy học giáo viên cần tổ chức các tình huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm lĩnh được tri thức đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình

Trong sự vận hành của hệ tương tác dạy học bao gồm: Người dạy (Giáo viên)- Người học (Học sinh)- Tư liệu hoạt động dạy học (Môi trường) thì giáo viên là người tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động của học sinhtheo một chiến lược hợp lí sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức của mình và do đó đồng thời năng lực trí tuệ và nhân cách toàn diện của học sinh từng bước phát triển

Có thể mô tả sự tương tác dạy học bằng sơ đồ như sau:

Sơ đồ 1.1 Sự tương tác dạy học

Hành động của giáo viên với tư liệu hoạt động dạy học là tổ chức tư liệu

và qua đó cung cấp tư liệu, tạo tình huống cho hoạt động của học sinh Tác động của giáo viên tới học sinh là sự định hướng của giáo viên đối với hoạt động của học sinh với tư liệu, định hướng của giáo viên với sự tương tác trao

Tư liệu hoạt động dạy học (Môi trường)

Học sinh

Giáo viên

Định hướng

Liên hệ ngược

Liên hệ ngược

Tổ

tình huống

đổi giữa học sinh với nhau và qua đó định hướng cả sự cung cấp những thông tin liên hệ ngược từ phía học sinh cho giáo viên

Hành động học của học sinh với tư liệu hoạt động dạy học là sự thích ứng của học sinh với tình huống học tập, đồng thời là hành động chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình Tương tác trực tiếp của học sinh với nhau và giữa học sinh với giáo viên là sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân và nhờ đó học sinh tranh thủ được sự hỗ trợ từ phía giáo viên và tập thể học sinh

1.3 Phương pháp dạy học tích cực

1.2.1 Khái niệm

Khái niệm phương pháp dạy - học tích cực là một khái niệm làm việc, hướng vào việc tích cực hóa hoạt động học tập và phát triển tính sáng tạo của học sinh Trong đó, các hoạt động học tập được thực hiện và điều khiển, người học không thụ động mà cần tự lực lĩnh hội nội dung học tập Hoạt động học tập được thực hiện trên cơ sở sự hợp tác và giao tiếp ở mức độ cao Phương pháp dạy - học tích cực không phải là một phương pháp dạy học cụ thể mà là một khái niệm rộng, bao gồm nhiều phương pháp, hình thức, kĩ thuật cụ thể khác nhau

do giáo viên tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó tự lực khám phá những điều mình chưa rõ, chưa có chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức đã được giáo viên sắp đặt

1.2.2.2 Dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự học của học sinh

Phương pháp dạy học tích cực xem việc rèn luyện phương pháp học tập cho học sinh không chỉ là một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học mà còn là một mục tiêu dạy học

Trong xã hội hiện đại đang biến đổi nhanh, với sự bùng nổ thông tin khoa học, kĩ thuật, công nghệ phát triển như vũ bão thì cần phải rèn luyện cho học sinh phương pháp tự học, không thể nhồi nhét vào đầu học sinh khối lượng kiến thức ngày càng nhiều

Trong các phương pháp học thì cốt lõi là phương pháp tự học Nếu rèn luyện cho học sinh có được phương pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí tự học thì

sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi con người, kết quả học tạp nhờ đó mà được nhân lên gấp bội

1.2.2.3 Dạy học phân hóa kết hợp với hợp tác

Trong một lớp học trình độ kiến thức, tư duy của học sinh thường không đồng đều, vì vậy khi áp dụng phương pháp dạy học 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 các bài học được thiết kế thành một chuỗi hoạt động độc lập Áp dụng phương pháp dạy học tích cực ở trình độ càng cao thì sự phân hóa này càng lớn

Tuy nhiên trong học tập, không phải mọi tri thức, kĩ năng, thái độ đều được hình thành bằng những hoạt động độc lập cá nhân Lớp học là môi trường giao tiếp thầy –trò, trò- trò tạo nên mối quan hệ hợp tác giữa các cá nhân trên con đường chiếm lĩnh nội dung học tập

2 Giáo viên thuyết trình là chính 2 Giáo viên thiết kế tổ chức, định

hướng các hoạt động của học sinh

3 Học sinh lắng nghe lời giảng của

giáo viên, ghi chép và học thuộc

3 Học sinh chủ động, tích cực tham gia hoạt động học tập

4 Giáo viên cố gắng truyền đạt hết

những kiến thức và kinh nghiệm

của mình để hoàn thành bài giảng

4 Giáo viên huy động vốn kiến thức và kinh nghiệm của học sinh để xây dựng kiến thức

5 Giao tiếp Thầy-trò nổi lên hàng

đầu

5 Quan hệ thầy –trò, trò- trò, hợp tác với bạn

6 Học sinh trả lời theo sách giáo

khoa và theo vở ghi

6 Khuyến khích học sinh nêu những ý kiến các nhân về những vấn đề đang học

7 Giáo viên cho ví dụ mẫu rồi yêu

cầu học sinh làm những trường hợp

tương tự

7 Học sinh tự xác định vấn đề và giải quyết vấn đề

8 Không phát huy được tính tích cực

của học sinh tham gia xây dựng bài

8 Khuyến khích học sinh nêu thắc mắc trong khi nghe giảng

9 Học sinh lệ thuộc hoàn toàn vào

tài liệu giáo khoa và sự thuyết trình

của giáo viên

9 Học sinh làm bài tập có sáng tạo

10 Giáo viên độc quyền đánh giá

và cho điểm cố định, đánh giá theo

sự ghi nhớ thông tin có sẵn

10 Giáo viên khuyến khích học sinh nhận xét, bổ sung câu trả lời của bạn

1.3 Tiến trình khoa học giải quyết vấn đề

Có thể mô tả khái quát các pha của tiến trình khoa học giải quyết vấn

đề, xây dựng một kiến thức Vật lí mới nào đó bằng sơ đồ sau: đề xuất vấn bài toán→suy đoán giải pháp và thực hiện giải pháp (khảo sát lí thuyết và/ hoặc thực nghiệm)→kiểm tra, vận dụng kết quả

đề-1.3.1 Pha thứ nhất: Đề xuất vấn đề- bài toán

Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái còn chưa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhưng hi vọng có thể tìm

tòi, xây dựng được Diễn đạt nhu cầu đó thành một vấn đề- bài toán

1.3.2 Pha thứ hai: Suy đoán giải pháp, thực hiện giải pháp

1.3.2.1 Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất

phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành được

để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra

mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm

1.3.2.2 Thực hiện giải pháp (khảo sát lí thuyết và/ hoặc thực nghiệm): Vận

hành mô hình rút ra kết luận logic về cái cần tìm và/ hoặc thiết kế phương án thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lượm các dữ liệu cần thiết và xem xét, rút ra kết luận về cái cần tìm

1.3.3 Pha thứ ba: Kiểm tra, vận dụng kết quả

Xem xét khả năng chấp nhận được của các kết quả tìm được, trên cơ sở vận dụng chúng để giải thích/ tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của

lí thuyết và thực nghiệm Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có được nhờ suy luận lí thuyết, với kết luận có được từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp chấp nhận kết quả tìm được khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng

và vận hành điều kiện xuất phát, khi chưa có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm

Trong thực tiễn dạy học, người ta thường gọi bài tập vật lí là một vấn đề không lớn mà trong trường hợp tổng quát được giải quyết nhờ những suy luận logic, những phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các định luật và phương pháp vật lí… Thông thường, trong sách giáo khoa và tài liệu lí luận dạy học bộ môn, người ta hiểu những bài tập 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

1.4.2 Tác dụng của bài tập vật lí

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

- 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

- 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

1.4.3 Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí

1.4.3.1 Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí

a) 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

* 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

1.4.3.2 Phân loại bài tập vật lí

Có nhiều cách để phân loại bài tập vật lí: theo nội dung, theo yêu cầu phát triển tư duy, theo phương thức cho điều kiện của bài toán hay theo phương thức giải Mỗi đặc điểm khác nhau cho ta một cách phân loại bài tập

a) Phân loại bài tập theo nội dung

Có thể có các cách phân loại bài tập theo nội dung như sau:

- Phân loại theo đề tài vật lí: cơ, nhiệt, điện, quang

- Phân loại theo bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tượng

- Phân loại theo bài tập có nội dung lịch sử

- Phân loại bài tập kĩ thuật tổng hợp

b) Phân loại bài tập theo yêu cầu phát triển tư duy

Có thể có các cách phân loại bài tập theo yêu cầu phát triển tư duy như sau:

- Bài tập luyện tập: là các bài tập mà việc giải chúng không đòi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh, chỉ yêu cầu học sinh nắm vững cách giải đối với một loại bài tập nhất định đã được chỉ dẫn Bài tập loại này được dung để rèn luyện học sinh sử dụng những công thức giải từng loại bài tập mẫu xác định

- Bài tập sáng tạo: là các bài tập dung để phát triển tư duy học sinh, việc giải bài tập loại này đòi hỏi tư duy sáng tạo của học sinh Loại bài tập này đường lối giải thường không rõ ràng, thường che giấu các algorit giải và không có một algorit chung mà luôn là mới mẻ với người giải Học sinh phải

tự bổ sung lấy kiến thức khuyết thiếu, tự thực hiện thao tác tư duy phức tạp để tiến hành suy nghĩ của mình và đánh giá

c) Phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện của bài toán hay theo phương thức giải

Có thể có các cách phân loại bài tập theo phương thức cho điều kiện của bài toán hay theo phương thức giải như sau:

- Bài tập định tính: khi giải chỉ cần dùng lời nói để lập luận giải thích sau

đó đi đến kết luận hoặc câu trả lời

- Bài tập định lượng: khi giải học sinh bắt buộc phải sử dụng công thức, phương trình để biểu diễn các mối quan hệ Bài tập định lượng có 2 loại: bài tập tính toán đơn giản, bài tập tính toán phức tạp

- Bài tập thí nghiệm

- Bài tập đồ thị: gồm: loại bài tập khai thác đồ thị rút ra những dữ liệu; loại bài tập dùng dữ liệu bài tập để xây dựng bài tập; loại bài tập dùng đồ thị

để giải

- Bài tập trắc nghiệm khách quan

Sơ đồ 1.2 Sơ đồ phân loại bài tập vật lí

1.4.3.3 Lựa chọn bài tập vật lí

a) Căn cứ

Khi lựa chọn bài tập vật lí cần phải dựa trên các căn cứ sau:

- Mục đích sử dụng

- Trình độ xuất phát của học sinh

- Thời gian cho phép sử dụng

đồ thị

Bài tập 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

- 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

- 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

1.4.4 Phương pháp giải bài tập vật lí

1.4.4.1 Hoạt động giải bài tập vật lí

Mục tiêu cần đạt tới khi giải một bài tập (bài toán) vật lí là tìm được câu trả lời đúng đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách có khoa học chặt chẽ

Quá trình giải một bài tập (bài toán) vật lí thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của bài toán, xem xét hiện tượng vật lí được đề cập và dựa trên kiến thức vật lí, kiến thức toán để nghĩ tới những mối liên hệ có thể có giữa những cái đã cho và những cái phải tìm, sao cho có thể thấy được cái phải tìm có liên

hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với những cái đã cho Từ đó đi tới chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm chỉ với những cái đã biết, tức là tìm được lời giải đáp

Sự nắm vững lời giải bài toán vật lí phải thể hiện ở khả năng trả lời được câu hỏi:

- Việc giải bài toán này cần xác lập được những mối liên hệ cơ bản nào?

- Sự xác lập các mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí gì, vào điều kiện cụ thể gì của bài toán?

Sự nắm vững như vậy của người giáo viên vật lí sẽ giúp cho sự định hướng phương pháp dạy giải bài tập một cách đúng đắn và có hiệu quả

1.4.4.2 Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

a) Định hướng hành động của học sinh

Muốn cho việc hướng dẫn giải bài toán được định hướng một cách đúng đắn giáo viên phải phân tích được phương pháp giải bài toán cụ thể, bằng cách

vận dụng những hiểu biết về tư duy logic giải bài tập vật lí để xem xét việc giải bài tập cụ thể này Mặt khác phải xuất phát từ mục đích sư phạm cụ thể của việc cho học sinh giải bài toán để xác định kiểu hướng dẫn phù hợp Ta có thể minh họa bằng một sơ đồ dưới đây:

Sơ đồ 1.3 Sơ đồ định hướng hành động của học sinh

b) Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí

 Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn algorit)

Sự hướng dẫn hành động theo mẫu đã có thường được gọi là hướng dẫn algorit Ở đây thuật ngữ algorit được dùng với nghĩa là một quy tắc hành động được xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong đó chỉ cần chỉ rõ thực hiện những hành động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả Hướng dẫn theo mẫu algorit là sự hướng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong muốn Kiểu hướng dẫn algorit không đòi hỏi học sinh phải tự mình tìm tòi xác định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi học sinh chấp hành các hành động đã được giáo viên chỉ ra, cứ theo đó học sinh sẽ đạt được kết quả, sẽ giải được bài tập đã cho

Kiểu hướng dẫn algorit đòi hỏi giáo viên phải phân tích một cách khoa học việc giải bài toán để xác định được một trình tự chính xác chặt chẽ của các hành động cần thực hiện để giải được một bài tập và phải đảm bảo cho những hành động đó là những hành động sơ cấp đối với học sinh Nghĩa là, kiểu hướng dẫn giải bài tập này đòi hỏi phải xây dựng được algorit giải bài tập

Phương pháp hướng dẫn giải bài toán cụ thể

Tư duy giải bài

tập vật lí Phân tích phương pháp giải bài tập cụ thể

Mục đích sư

phạm Xác định kiểu hướng dẫn

Kiểu hướng dẫn algorit thường được áp dụng khi cần dạy cho học sinh phương pháp giải một loại bài tập điển hình nào đó nhằm luyện tập cho học sinh kĩ năng giải một loại bài tập xác định Người ta xây dựng các algorit giải cho từng loại bài toán cơ bản, điển hình và luyện tập cho học sinh kĩ năng giải các loại bài toán đó dựa trên việc làm cho học sinh nắm được các algorit giải Kiểu hướng dẫn algorit có ưu điểm là nó đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã được giao một cách chắc chắn, nó giúp cho việc rèn luyện kĩ năng giải bài tập của học sinh có hiệu quả Tuy nhiên, nếu việc hướng dẫn học sinh giải bài tập luôn luôn áp dụng Kiểu hướng dẫn algorit thì học sinh chỉ quen chấp hành những hành động đã được chỉ dẫn theo một mẫu đặc điểm có sẵn,

do đó ít có tác dụng rèn luyện cho học sinh khả năng tìm tòi, sáng tạo, sự phát triển tư duy sáng tạo của học sinh bị hạn chế

Việc truyền đạt cho học sinh algorit giải một bài tập xác định có thể theo những cách khác nhau Có thể chỉ dẫn cho học sinh algorit giải dưới dạng có sẵn Qua việc giải một bài toán mẫu giáo viên phân tích phương pháp giải và chỉ dẫn cho học sinh algorit giải loại bài tập đó rồi cho học sinh tập áp dụng để giải các bài toán tiếp theo Đối với những học sinh lớp khá thì để tăng cường rèn luyện tư duy học sinh trong quá trình giải bài tập, người ta có thể lôi cuốn học sinh tham gia vào quá trình xây dựng algorit chung để giải loại bài tập đã cho Thông qua việc phân tích những bài tập đầu tiên có thể yêu cầu học sinh

tự vạch ra algorit giải loại bài tập này rồi áp dụng vào việc giải các bài tập tiếp theo Trong trường hợp lớp học sinh yếu hơn có thể học sinh chưa áp dụng được ngay algorit đã được đưa ra cho học sinh thì giáo viên cần đưa ra những bài luyện tập riêng nhằm đảm bảo cho học sinh thực hiện được những chỉ dẫn riêng lẻ trong algorit giải này (đảm bảo cho học sinh nắm vững những hành động sơ cấp) để tạo điều kiện cho học sinh có thể áp dụng được algorit đã cho

 Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn ơrixtic)

Hướng dẫn tìm tòi là kiểu hướng dẫn mang tính chất gợi ý cho học sinh suy nghĩ tìm tòi phát hiện cách giải quyết, không phải là giáo viên chỉ dẫn cho

học sinh chỉ việc chấp hành các hành động theo một mẫu đã có để xác định các hành động cần thực hiện để đạt được kết quả

Kiểu hướng dẫn tìm tòi được áp dụng khi cần giúp đỡ học sinh vượt qua khó khăn để giải được bài tập, đồng thời vẫn đảm bảo yêu cầu phát triển tư duy học sinh, muốn tạo điều kiện để học sinh tự lực tìm tòi cách giải quyết

Ưu điểm của kiểu hướng dẫn này là tránh được tình trạng giáo viên làm thay học sinh trong việc giải toán Nhưng vì kiểu hướng dẫn này đòi hỏi học sinh phải tự lực tìm tòi cách giải quyết nên không phải bao giờ cũng có thể đảm bảo học sinh giải được bài toán một cách chắc chắn

Khó khăn của kiểu hướng dẫn này chính là ở chỗ hướng dẫn của giáo viên phải sao cho không được đưa học sinh đến chỗ chỉ còn việc thực hành các hành động theo mẫu, nhưng đồng thời sự hướng dẫn đó lại không thể viển vông, quá chung chung không giúp ích được cho sự định hướng tư duy của học sinh Nó phải có tác dụng hướng tư duy của học sinh vào phạm vi cần và

có thể tìm tòi phát hiện cách giải quyết

 Hướng dẫn khái quát chương trình hóa

Hướng dẫn khái quát chương trình hóa cũng là sự hướng dẫn cho học sinh tự tìm tòi cách giải quyết (chứ không thông báo ngay cho học sinh cái có sẵn) Nét đặc trưng của kiểu hướng dẫn này là giáo viên định hướng hoạt động

tư duy của học sinh theo đường lối khái quát của việc giải quyết vấn đề Sự định hướng ban đầu đòi hỏi sự tự lực tìm tòi giải quyết vấn đề Nếu học sinh không tự giải quyết được thì sự giúp đỡ tiếp theo của giáo viên là sự phát triển định hướng khái quát ban đầu, cụ thể hóa thêm một bước bằng cách gợi ý thêm cho học sinh để thu hẹp hơn phạm vi phải tìm tòi, giải quyết cho vừa sức học sinh Nếu học sinh vẫn không đủ khả năng tự lực tìm tòi giải quyết thì hướng dẫn của giáo viên chuyển dần thành hướng dẫn theo mẫu để đảm bảo cho học sinh hoàn thành yêu cầu của một bước, sau đó tiếp tục yêu cầu học

sinh tự lực tìm tòi giải quyết các bước tiếp theo Nếu cần thì giáo viên lại tiếp tục giúp đỡ thêm Cứ như vậy cho đến khi giải quyết xong vấn đề đặt ra

Kiểu hướng dẫn này được áp dụng khi có điều kiện hướng dẫn tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh nhằm giúp học sinh tự giải được bài tập đã cho, đồng thời dạy cho học sinh cách suy nghĩ trong quá trình giải bài tập Kiểu hướng dẫn này có ưu điểm là kết hợp được việc thực hiện các yêu cầu:

- Rèn luyện tư duy của học sinh trong quá trình giải bài tập vật lí

- Đảm bảo cho học sinh giải được bài tập đã cho

Tuy nhiên sự hướng dẫn như vậy đòi hỏi phải theo sát tiến trình hoạt động giải bài tập của học sinh Không thể chỉ dựa vào lời hướng dẫn có thể soạn sẵn mà phải kết hợp được việc định hướng với việc kiểm tra kết quả hoạt động của học sinh để điều chỉnh sự giúp đỡ thích ứng với trình độ học sinh

c) Trình bày tóm tắt phương pháp giải bài tập

Để có căn cứ cho việc xác định phương pháp hướng dẫn cho học sinh giải một bài tập vật lí cụ thể thì người giáo viên cần phân tích một cách khoa học phương pháp giải bài tập đó Kết quả là phải thể hiện ra được ở việc trình bày tóm tắt phương pháp giải bài tập với những nội dung quan trọng nhất một cách nổi bật Đó là cơ sở định hướng cho việc suy nghĩ cách gợi ý hướng dẫn học sinh thế nào để có hiệu quả nhất Đồng thời đó cũng là cơ sở để giáo viên đối chiếu kết quả hoạt động giải bài tập của học sinh trong quá trình theo dõi học sinh làm việc, nhờ đó giáo viên có thể giúp đỡ học sinh kịp thời và đúng chỗ cần thiết

Có thể trình bày tóm tắt phương pháp giải bài tập vật lí với những nội dung chủ yếu như sau:

- Tóm tắt đề bài

- Các mối liên hệ cần xác lập

- Sơ đồ tiến trình rút ra các kết quả cần tìm

- Các kết quả cần tính

1.5 Rèn luyện tư duy cho học sinh trong dạy học Vật lí

1.5.1 Tầm quan trọng

Mục đích dạy học trong trường phổ thông không thể chỉ hạn chế ở khâu truyền thụ kiến thức đơn thuần mà điều quan trọng hơn là xây dựng cho tuổi trẻ một tiềm lực, một bản lĩnh thể hiện ở phương pháp suy nghĩ và làm việc, trong cách tiếp cận các vấn đề thực tiễn, để họ có thể đi xa hơn cái vốn cơ bản, tối thiểu mà nhà trường cung cấp, có khả năng phát triển vốn hiểu biết đã có

để vươn lên ngang tầm yêu cầu của cuộc cách mạng kĩ thuật ở nước ta

Trong dạy học Vật lí, điều phải thường trực trong ý thức của mỗi giáo viên là làm sao bồi dưỡng cho học sinh cách suy nghĩ, làm phát triển tư duy nhận thức, tư duy vận dụng của học sinh Trong phạm vi môn Vật lí, chúng ta cần thông qua các thao tác tư duy như phân tích tổng hợp, so sánh, suy luận, khái quát hóa… để tập cho học sinh nhận thức được hiện tượng, biết được các dấu hiệu đặc trưng và sự liên quan giữa các đại lượng, vận dụng được các thuyết để giải thích hiện tượng Việc phát triển tư duy trong quá trình dạy học Vật lí có tác dụng trước hết là giúp học sinh thu nhận bài giảng một cách sâu sắc, không máy móc, biết vận dụng kiến thức vào thực hành, từ đó kiến thức

mà học sinh thu được trở nên vững chắc và sinh động Hơn nữa nó còn có tác dụng to lớn là tạo một kĩ năng và thói quen làm việc có suy nghĩ, có phương pháp, chuẩn bị tiềm lực lâu dài cho học sinh

Muốn rèn luyện tư duy cho học sinh trước hết cần trình bày các kiến thức Vật lí theo một quan điểm đúng đắn Đồng thời cần thiết có kế hoạch từng bước cho học sinh thực hiện các thao tác tư duy, trên cơ sở đó mà hình thành phương pháp suy nghĩ và làm việc cho họ

1.5.2 Rèn luyện các thao tác tư duy

Song song với việc trình bày các kiến thức Vật lí một cách đúng đắn, trong quá trình giải bài tập vật lí, cần tập luyện cho học sinh suy nghĩ, vận

dụng các thao tác của tư duy tức là các quá trình phân tích và tổng hợp, so sánh, hệ thống hóa, trừu tượng hóa và cụ thể hóa

Phân tích là dùng trí óc chia cái toàn thể ra thành từng phần, hoặc tách bạch ra từng thuộc tính, từng khía cạnh riêng biệt Trong dạy học về bài tập vật lí, khâu phân tích hiện tượng rất cần thiết Hiện tượng vật lí thường không đơn giản , học sinh phải biết gạt bỏ những đặc điểm thứ yếu để tìm ra các dấu hiệu cần thiết Thao tác này đặc biệt quan trọng đối với việc giải các bài tập vật lí, vì thông thường học sinh chỉ quen sử dụng máy móc công thức nên không biết phải suy nghĩ từ chỗ nào, không có thói quen phân tích hiện tượng Việc phân tích ý nghĩa vật lí của các biểu thức toán học, các sơ đồ, đồ thị, phân tích và biện luận các kết quả của bài tập giúp học sinh rèn luyện một cách cụ thể về thao tác này Cũng thông qua đó mà học sinh hiểu bài một cách sâu sắc

Ngược lại với phân tích, tổng hợp là dùng trí óc liên hợp các bộ phận của hiện tượng hay vật thể, các dấu hiệu hay thuộc tính của chúng lại để tìm ra một điều chung, xác lập được mối quan hệ giữa chúng với nhau Suy nghĩ về cách giải thích hiện tượng, về trình tự cần thiết cho việc giải một bài tập Vật lí,

về cách thiết kế một dụng cụ thí nghiệm là tiến hành những thao tác tổng hợp

Phân tích và tổng hợp tuy có vẻ trái ngược nhau nhưng lại gắn bó với nhau rất mật thiết Có thể lấy một ví dụ về một bài tập nhỏ trong phần Cơ học:

“Thả một viên đá xuống một cái giếng cạn, sau 2 giây thì đá chạm đáy giếng Hỏi giếng sâu bao nhiêu?” Thường học sinh phải biết bắt đầu từ nhận thức hiện tượng để thấy rõ đây là trường hợp vật rơi tự do (bỏ qua sức cản không khí, không có nước cản), phải biết là viên đá sẽ chuyển động nhanh dần đều với gia tốc g, từ đó để nhận ra là muốn biết được chiều sâu của giếng cần biết cách tính quãng đường đi được của viên đá trong 2 giây , nghĩa là phải dùng công thức s =gt2/2 để tính toán Ở đây, phân tích và tổng hợp diễn ra đồng

thời Phân tích hiện tượng rơi của vật, tìm các dữ kiện đã có và dữ kiện còn ẩn

ý, trên cơ sở ấy mà vận dụng một phương trình tổng quát, thích hợp

So sánh cũng là một khâu rất quan trọng trong học tập Vật lí Từ việc tìm ra những dấu hiệu giống nhau và khác nhau trong các quá trình và khái niệm, học sinh thu nhận được kĩ càng các kiến thức Vật lí Trên cơ sở so sánh

mà hệ thống hóa kiến thức là một công việc thường làm của giáo viên lúc muốn tổng kết một chương hay một phần trong giáo trình đã dạy Kết quả của việc này là lập nên những bảng hoặc sơ đồ giúp học sinh không những nhận rõ được các dấu hiệu giống hoặc khác nhau, những mối liên quan giữa các hiện tượng, sự liên hệ chi phối giữa các đại lượng mà còn có được một cái nhìn tổng quát giúp hiểu vấn đề một cách toàn diện hơn

Những thao tác tư duy mà ta cần rèn luyện cho học sinh này phải được học sinh tự tập luyện lấy với sự giúp đỡ của giáo viên Vì thế những công việc như tự làm dàn bài chi tiết, tự lập bảng so sánh… là những công tác cần thiết rất bổ ích cho việc phát triển tư duy Vật lí Việc phát huy tính tự lập của học sinh trong học tập phải trở thành một nguyên tắc nhằm nâng cao chất lượng về mọi mặt

1.6 Vai trò của công nghệ thông tin trong việc đổi mới phương pháp dạy học

1.6.1 Đổi mới phương pháp dạy học theo quan điểm công nghệ thông tin

Thế giới bước vào kỉ nguyên mới nhờ tiến bộ nhanh chóng của việc ứng

dụng công nghệ thông tin vào tất cả các lĩnh vực Trong giáo dục - đào tạo, công nghệ thông tin đã góp phần hiện đại hoá phương tiện, thiết bị dạy học,

góp phần đổi mới phương pháp dạy học

1.6.1.1 Dạy và học theo quan điểm công nghệ thông tin

Theo quan điểm thông tin, học là một 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 hiệu quả

Theo quan điểm công nghệ thông tin, để đổi mới phương pháp dạy học, 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, quá trình dạy học đã sử dụng phương tiện dạy học sau đây:

- Phim chiếu để giảng bài với đèn chiếu Overhead

- Phần mềm hỗ trợ giảng bài, minh hoạ trên lớp với LCD-project(máy chiếu tinh thể lỏng) hay còn gọi là video-projector

- Phần mềm dạy học giúp học sinh học trên lớp và ở nhà

- Công nghệ kiểm tra, đánh giá bằng trắc nghiệm trên máy tính

- Sử dụng mạng Internet để dạy học

Dạy học với phương tiện hiện đại trên sẽ có các ưu thế sau:

- Giáo viên chuẩn bị bài dạy một lần thì sử dụng được nhiều lần

- Các phần mềm dạy học có thể thực hiện các thí nghiệm ảo, sẽ thay thế giáo viên giảng dạy thực hành, tăng tính năng động cho người học, cho phép học sinh học theo khả năng

- Các phương tiện hiện đại sẽ tạo ra khả năng để giáo viên trình bày bài giảng sinh động hơn, dễ dàng cập nhật và thích nghi với sự thay đổi nhanh chóng của khoa học hiện đại

- Các phương tiện sẽ hỗ trợ, chuẩn hóa các bài giảng mẫu, đặc biệt đối với những phần khó giảng, những khái niệm phức tạp

Sử dụng công nghệ thông tin để dạy học, phương pháp dạy học cũng

thay đổi Giáo viên là người hướng dẫn học sinh học tập chứ không đơn thuần chỉ là người rót thông tin vào đầu học sinh Giáo viên cũng phải học tập thường xuyên để nâng cao trình độ về công nghệ thông tin, sử dụng có hiệu

quả công nghệ thông tin trong học tập Học sinh có thể lấy thông tin từ nhiều

nguồn phong phú khác nhau như sách, Internet, CD-ROM Lúc này học sinh

phải biết đánh giá và lựa chọn thông tin, không chỉ đơn thuần nhận thông tin một cách thụ động vì nguồn thông tin vô cùng phong phú

1.6.1.2 Công nghệ thông tin với vai trò phương tiện, thiết bị dạy học

Công nghệ thông tin với vai trò phương tiện, thiết bị dạy học cần đảm bảo các yêu cầu:

- Sử dụng công nghệ thông tin như công cụ dạy học cần được đặt trong toàn bộ hệ thống các phương pháp dạy học nhằm phát huy sức mạnh tổng hợp của cả hệ thống đó

- Phát huy vai trò của người thầy trong quá trình sử dụng công nghệ thông tin như thiết bị dạy học

- Sử dụng công nghệ thông tin như thiết bị dạy học, không phải chỉ nhằm thí điểm dạy học với công nghệ thông tin mà còn góp phần dạy học về công nghệ thông tin

1.6.2 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng công nghệ thông tin ở trường trung học

Để nâng cao hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ thông tin trường trung học, cần thực hiện một số nội dung sau:

- Nâng cao nhận thức cho cán bộ quản lý, giáo viên và học sinh về việc ứng dụng công nghệ thông tin trong quản lí giáo dục và dạy học

- Sử dụng các nguồn kinh phí để đầu tư trang thiết bị về công nghệ thông tin cho các trường trung học

- Tổ chức trình diễn các tiết dạy học có ứng dụng công nghệ thông tin trong trường trung học

- Xây dựng một số dịch vụ giáo dục và đào tạo ứng dụng trên mạng Internet Nâng cao hiệu quả của việc kết nối Internet

- Tuyển chọn, xây dựng và hướng dẫn sử dụng các phần mềm quản lí giáo dục và dạy học

- Nghiên cứu để đưa các phần mềm dạy học tốt vào Danh mục thiết bị dạy học tối thiểu

- Tổ chức trao đổi kinh nghiệm về ứng dụng công nghệ thông tin giữa các trường trung học trong nước và quốc tế

1.8 Giới thiệu phần mềm Mathematica

Mathematica lần đầu tiên được hãng Wolfram Research phát hành vào năm 1988, là một hệ thống nhằm thực hiện các tính toán toán học trên máy tính điện tử Mathematica là tổ hợp các tính toán bằng kí hiệu, tính toán bằng

số, vẽ đồ thị và là ngôn ngữ lập trình tinh vi Ngày nay, Mathematica không những được sử dụng trong các ngành khoa học tự nhiên như vật lí, sinh học, toán học, hóa học, công nghệ mà nó đã trở thành phần mềm quan trọng của các ngành khoa học xã hội cũng như kinh tế Trong công nghệ ngày nay người

ta đang sử dụng Mathematica trong công tác thiết kế Trong kinh tế Mathematica lại là một công cụ mạnh để tiến hành mô hình hóa các bài toán kinh tế phức tạp Mathematica cũng là một trong các công cụ quan trọng trong khoa học máy tính cũng như trong các lĩnh vực phát triển phần mềm

Tác giả của Mathematica là Stephen Wolfram Từ năm 1988 đến nay ông

và các cộng sự đã không ngừng cải tiến Mathematica để ngày càng tiện ích hơn với người dùng, hiện nay hãng Wolfram Research đã phát hành version 7 của Mathematica

1.8.1 Vài nét chính về Mathematica

Sau khi cài đặt thành công phần mềm Mathematica, trên màn hình máy tính

sẽ xuất hiện biểu tượng của nó Nháy đúp chuột vào biểu tượng xuất hiện cửa sổ làm việc dùng để thiết lập, chạy, soạn thảo các tính toán cũng như các chương trình Mathematica thường gồm 2 bộ phận chính: Nhân (kernel) dùng để thực hiện các tính toán và bộ phận giao diện với người sử dụng (front end) đưa các số liệu vào cũng như kết quả ra màn hình Nhân hoạt động như nhau trên mọi máy tính còn cách ra vào số liệu có thể khác nhau trên các máy tính khác nhau

Dòng có kí hiệu:

- In[n]: lệnh do người sử dụng nhập vào, n là số thứ tự các lệnh

- Out[n]: kết quả các phép tính tương ứng do Mathematica đưa ra

Nhiều phần giao diện của Mathematica làm việc theo chế độ “vở ghi” (Note books) Trong các notebooks có thể đồng thời chứa các văn bản, đồ thị hoặc các định nghĩa toán học Có một thư viện lớn trong Mathematica đề cập đến các vấn đề khác nhau và ta có thể sử dụng các định nghĩa đó để thực hiện các tính toán Để thuận tiện cho việc giao diện, Mathematica còn cung cấp cho người sử dụng các bảng lệnh (Pallettes) và các nút lệnh (Buttons)

Ngoài chế độ lập trình, Mathematica còn là phần mềm đối thoại giữa người

và máy Do vậy, đầu tiên là học các lệnh của Mathematica Các lệnh của Mathematica là một động từ bằng tiếng Anh phản ánh ý nghĩa toán học thường dùng cũng như các thao tác thường gặp Sau khi gõ lệnh của Mathematica theo đúng cú pháp của nó ấn đồng thời tổ hợp phím Shift+ Enter hoặc ấn phím Enter bên phải bàn phím, Mathematica sẽ thực hiện lệnh và cho ngay kết quả lên màn hình Nếu sau mỗi câu lệnh gõ “;” thì Mathematica sẽ thực hiện lệnh và không đưa kết quả ra màn hình Muốn biết thông tin về một lệnh nào đó cần sử dụng thì ta dùng một số câu lệnh sau:

?Name Đưa ra thông tin về Name

??Name Đưa thêm các thông tin cần thiết về Name

?Ab Đưa các thông tin về các đối tượng bắt đầu bằng chữ Ab

?++ Cho thông tin về các dạng lối vào đặc biệt

Dùng các file trong Mathematica, các file này có phần mở rộng là m

<<Name Đọc file có tên Name

!!Name Hiện nội dung file Name

Save[“Name”,x1,x2,…] Ghi các biến x1,x2,… vào file Name

x>>Name Ghi các giá trị x vào file Name (các số liệu cũ bị xóa đi)

!command Thực hiện một lệnh ngoài

Để hủy bỏ một chương trình hay một lệnh đang trong giai đoạn làm việc ta

ấn đồng thời tổ hợp phím Alt+, xuất hiện hộp thoại giúp hủy bỏ việc chạy chương trình Kết thúc buổi làm việc, ta có thể thoát ra khỏi Mathematica bằng lệnh Quit[], hoặc ấn tổ hợp phím Alt+X, Alt+ F4, Ctrl+ F4 hoặc chọn Exit từ menu File Mỗi lần thoát xuất hiện hộp thoại sau:

Save changes to „Untitled-1‟ befor quitting?

Save Don‟t save Cancel

Chọn: Save: Ghi lại, Don‟t save: không ghi lại, Cancel : tiếp tục làm việc

Các file của chương trình Mathematica có phần mở rộng là nb

1.7.2 Các lệnh cơ bản của Mathematica về tính toán bằng số

1.7.2.1 Các toán tử của Mathematica

- Các toán tử logic đúng (true), sai (false)

x=y Gán giá trị y cho x

x==y So sánh x=y, thay dấu bằng trong các phương trình

x!=y x không bằng y

x>y x lớn hơn y

x<y x nhỏ hơn y

x>=y x lớn hơn hoặc bằng y

x<=y x nhỏ hơn hoặc bằng y

x==y==z Tất cả bằng nhau

x!=y!=z Tất cả không bằng nhau

x>y>z các số tăng

!! không phải là

1.7.2.2 Thuật toán trong Mathematica

- Sử dụng kết quả trước: Các dấu % biểu thị kết quả của phép tính cuối cùng vừa thực hiện

% Kết quả cuối cùng

% Kết quả thứ n

- Sử dụng biến:

x = Value Gán giá trị cho biến x

x = y = Value Gán giá trị cho các biến x, y

x = Xoá đi tất cả những gì đã gán cho biến x

Để đồng thời xóa đi nội dung của một số biến hoặc các định nghĩa đã có từ trước, ta sử dụng lệnh Clear[var] để đảm bảo các định nghĩa trước của các hàm không ảnh hưởng đến kết quả tính toán

- Tạm dừng tính toán:

Để dừng tính toán ấn tỏ hợp phím ALT+'','' hoặc vào Kernel\Interup Evalution Muốn huỷ bỏ lệnh ấn tổ hợp phím ALT+''." hoặc vào Kernel\Abort Evalution

Sqrt[x] căn bậc hai

Log[x], Log[b,x] lnx và logbx

Sin[x], Cos[x], Tan[x] Hàm lƣợng giác với x đo bằng rađian

ArcSin[x], AreCos[x], AreTan[x] các hàm lƣợng giác ngƣợc

Abs[x] trị tuyệt đối của x

Mod[n,m] cho phần dƣ của phép chia n cho m

Random[] cho số ngẫu nhiên giữa 0 và 1

Random[type,range] cho số ngẫu nhiên loại type nằm trong range Max[x,y, ], Min[x,y, ] cho cực đại và cực tiểu

FactorInteger[n] cho số nguyên mà số n chia hết(phân tích thành các thừa số nguyên tố)

Conjugate[z] liên hợp phức của z

Chú ý: chữ cái đầu tiên của tên hàm chuẩn phải đƣợc viết hoa Các đối số

của hàm phải đƣợc đặt trong dấu []

Ví dụ:

In[1] =Abs[-9]

Out[1] =9

1.7.3 Các tính toán đại số

1.7.3.1 Một số lệnh cơ bản

Mathematica cung cấp đầy đủ các hàm cơ bản để biến đổi các biểu thức đại

số từ dạng này sang dạng khác:

Expland[bt] khai triển tích và luỹ thừa

ExplandAll[bt] khai triển tích và luỹ thừa tại tất cả các phần

của biểu thức Factor[bt] phân tích đa thức thành dạng tích

FactorTerm[bt,bien] nhóm riêng các số hạng tự do và phụ thuộc vào biến Together[bt] quy đồng mẫu số

Apart[bt] biến đổi để đƣa biểu thức thành các số hạng riêng rẽ mà từ số là những số nguyên

Cancel[bt] bỏ các thừa số chung trong tử số và mẫu số Collect[bt] nhóm thành từng nhóm có cùng mũ đối với x Simplify[bt] rút gọn biểu thức

FullSimplify[bt] tìm biểu thức đơn giản nhất bằng cách sử dụng tất cả các phép biến đổi có sẵn

+ Tính trị số của một biểu thức:

bt/.x->x0 tính trị số của bt đối với biến x tại giá trị x0

bt/.{x->x0,y->y0} tính trị số của bt đối với biến x tại x0, y tại y0 + Trích các phần tử của các biểu thức đại số

Coeffcient[expr,form] hệ số của form trong expr

Exponent[expr,form] số mũ cực đại của form trong expr

Part[expr,n] hoặc expr[[n]] số hạng thứ n trong expr

Numerator[expr] trích tử số của biểu thức

Denominator[expr] trích mẫu số của biểu thức

Ví dụ:

Expand[(a+b)^4]

Kết quả: a4

+4 a3 b+6 a2 b2+4 a b3+b4

1.7.3.2 Biến đổi các biểu thức lượng giác

TrigExpand[bt] khai triển biểu thức lượng giác thành tổng các

số hạng

TrigFactor[bt] nhóm biểu thức lượng giác thành tích

TrigReduce[bt] đơn giản biểu thức lượng giác bằng cách sử dụng các biểu thức góc bội

TrigToExp[bt] biến đổi hàm lượng giác thành hàm mũ

ExpToTrig[bt] biến đổi hàm mũ thành hàm lượng giác

ComplexExpand[bt] khai triển biểu thức phức với giả thiết tất cả các biến đều thực

PowerExpand[bt] biến đổi(xy)p thành xpyp

Ví dụ: Khai triển biểu thức lượng giác:

TrigExpand[Sin[2 x] Cos[2 x]]

Kết quả: 2 Cos[x]3

Sin[x]-2 Cos[x] Sin[x]3

1.7.3.3 Các biến đổi đối với một phân số

ExpandNumberator[bt] chỉ khai triển tử số

ExpanDenominator[bt] chỉ khai triển mẫu số tổng các phân số

Apart[bt] viết biểu thức dưới dạng

Muốn biết thông tin về các hàm đặc biệt khác, vào thực đơn Help/Master Index gõ Special function/Goto Hoặc dùng lệnh?? Tên hàm để biết thông tin

về hàm

- Các đơn vị đo, chuyển đổi đơn vị, các hằng số Vật lý:

Trong Mathematica có gói chương trình chuẩn Miscellanous'Units' để chuyển đổi các đơn vị:

<<Miscellanius'Units'

Để tìm hiểu một số đơn vị sử dụng lệnh: "?" hoặc "??"

Để thực hiện các chuyển đổi đơn vị sử dụng lệnh: Convert

- Các hằng số Vật lý: