Sử dụng phần mềm toán học Mathematica hỗ trợ giảng dạy chương “Động lực học vật rắn” vật lí 12 nâng cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NHỮ THỊ NGA SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA HỖ TRỢ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN” VẬT LÍ 12 NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SỸ

Trang 1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NHỮ THỊ NGA

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA

HỖ TRỢ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN”

VẬT LÍ 12 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 60 14 01 11

Trang 2

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NHỮ THỊ NGA

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA

HỖ TRỢ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN”

VẬT LÍ 12 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SỸ SƯ PHẠM VẬT LÍ Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Vật lí

Mã số: 60 14 01 11

Cán bộ hướng dẫn: GS.TS Tôn Tích Ái

HÀ NỘI - 2015

Trang 3

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của tôi tại Đại học Giáo dục – ĐHQG Hà Nội Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới các thầy, các cô trong trường Đại học Giáo dục - ĐHQG Hà Nội đã quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài này

Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Tôn Tích Ái đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này Nhân dịp này tôi xin gửi lời cảm ơn đến Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội, cảm ơn Ban giám hiệu, tổ Lí trường Trung học phổ thông Lý Tử Tấn - Hà Nội, cảm

ơn các bạn học viên lớp Cao học Lí luận và phương pháp dạy học Vật lí khóa 8, các em học sinh, người thân trong gia đình đã tạo điều kiện thuận lợi, động viên tôi thực hiện đề tài này

Cuối cùng, dù rất tâm huyết và hết sức cố gắng song bản luận văn chắc chắn còn nhiều thiếu sót Kính mong được sự chỉ dẫn của các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2015

Học viên

Nhữ Thị Nga

Trang 4

ii

MỤC LỤC

Lời cảm ơn i

Mục lục ii

Danh mục hình iv

Danh mục bảng vi

MỞ ĐẦU 7

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 8

1.1 Những vấn đề lí luận dạy học hiện đại 8

1.1.1 Quan điểm về dạy học hiện đại 8

1.1.2 Phương pháp dạy học tích cực 8

1.1.3 Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học vật lí 8

1.2 Lí luận về bài tập vật lí 9

1.2.1 Khái niệm bài tập vật lí 9

1.2.2 Tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí 9

1.2.3 Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí 9

1.3 Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lí 9

1.3.1 Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học vật lí 9

1.3.2 Các kỹ năng cần phải có 9

1.4 Giới thiệu phần mềm toán học Mathematica 9

1.4.1 Các tính năng của phần mềm Mathematica 9

1.4.2 Các lệnh cơ bản của Mathematica về tính toán bằng số 9

1.4.3 Đồ họa trong Mathematica 9

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 9

CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA HỖ TRỢ GIẢNG DẠY CHƯƠNG ĐỘNG LỰC HỌC VẬT RẮN VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 9

2.1 Phân tích nội dung Chương Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao 9

2.1.1 Vị trí, vai trò và cấu trúc chương 9

2.1.2 Cơ sở lí thuyết về động lực học vật rắn 37

Trang 5

2.1.3 Mục tiêu cần đạt được khi dạy học chương 9

2.2 Phân loại bài tập Chương Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao 9

2.3 Sử dụng phần mềm toán học Mathematica hỗ trợ giảng dạy Chương Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao 9

2.3.1 Thực trạng giảng dạy Chương Động lực học vật rắn tại trường Trung học phổ thông Lý Tử Tấn 9

2.3.2 Xây dựng hệ thống bài tập Chương Động lực học vật rắn 9

2.3.3 Lựa chọn một số bài tập Chương Động lực học vật rắn có sử dụng phần mềm toán học Mathematica 9

2.3.4 Giáo viên sử dụng phần mềm Mathematica để hướng dẫn học sinh giải bài tập Chương Động lực học vật rắn 9

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 9

3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 9

3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 9

3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 9

3.4 Thời điểm thực nghiệm sư phạm 9

3.5 Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm 9

3.5.1 Tiêu chí để đánh giá 9

3.5.2 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 9

3.5.3 Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo 9

3.5.4 Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh 9

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 9

TÀI LIỆU THAM KHẢO 9

PHỤ LỤC 97

Trang 6

iv

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ phân loại bài tập vật lí 9

Hình 1.2 Đồ thị Cos(xy) dưới dạng 3D 9

Hình 1.3 Đồ thị hàm f(x) = 5x3 +6x2+2x-1 9

Hình 1.4 Đồ thị 3 hàm số f(x) = 2x3 + 4x2 + 3x -1, g(x) = 5x2 + 3x -1, h(x) = 2x – 1 trên đoạn [-5,2] 9

Hình 1.5 Đồ thị hai chiều hàm x = sin2t ; y = cos3t trên đoạn 9

[-2, 2] 9

Hình 1.6 Đồ thị hàm f(x,y) = x2 + 4x + y2 – 3y + 6 trên đoạn [0,4], [-1,2] 9

Hình 1.7 Đồ thị theo tham số x= cos3t, y = sin3t, z = EMBED Equation.3 4 t trong khoảng biến thiên của t là [0,7] 9

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc Chương Động lực học vật rắn 9

Hình 2.2 Vật rắn quay quanh một trục cố định Az, P0 là mặt phẳng cố định, P là mặt phẳng động gắn với vật và quay cùng với vật 9

Hình 2.3 Khi vật rắn quay quanh trục cố định, các điểm trên vật có cùng tốc độ góc Điểm nào càng xa trục quay thì có tốc độ dài lớn hơn 9

Hình 2.4 Sơ đồ các dạng bài tập theo 4 chủ đề của hệ thống các bài tập cơ bản 42

Hình 2.5 Hình cho bài 12 47

Trang 7

Hình 2.18 Hình cho lời giải bài 12 57

Hình 2.21 Hình mô phỏng cho bài 14 9

Hình 3.1 Đồ thị đường phân bổ tần suất W% 9 Hình 3.2 Đồ thị đường phân bố tần suất tích lũy EMBED Equation.3 i %9

Trang 8

vi

DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 : Kết quả bài kiểm tra 30 phút 9 Bảng 3.2: Các thông số đặc trưng đã được xử lí sau khi tiến hành thực nghiệm

sư phạm của nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng 9

Bảng 3.3: Giá trị các tham số trung bình cộng ( X ), phương sai (S2), độ lệch chuẩn (s), hệ số biến thiên (V) 9 Bảng 3.4: Bảng phân phối tần suất (Wi) 9 Bảng 3.5: Bảng phân phối tần số tích lũy ( EMBED Equation.3 i ) 9

Trang 9

MỞ ĐẦU

1 Lí do chọn đề tài

Đổi mới phương pháp dạy học, ứng dụng công nghệ dạy học hiện đại theo hướng chủ động, tích cực hóa hoạt động của học sinh là một trong những hướng đã được xác định rõ, nhằm nâng cao chất lượng dạy học hiện nay Điều này đã được xác định trong Nghị quyết Trung ương 4 Khóa VII (1 -1993), Nghị quyết Trung ương 2 Khóa VIII (12 - 1996), được thể chế tại Khoản 2, Điều 24, Luật Giáo dục (2005): “Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh”

Dạy giải bài tập vật lí phổ thông là một trong những học phần bắt buộc trong chương trình đào tạo sinh viên các trường sư phạm Hiện nay, sách tham khảo cho giáo viên và học sinh phổ thông về các bài tập vật lí rất nhiều, nhưng sách hướng dẫn giáo viên dạy cho học sinh kĩ năng phân tích hiện tượng vật lí để giải quyết các bài tập vật lí trong chương trình vật lí phổ thông còn rất thiếu Mà viê ̣c rèn luyê ̣n cho ho ̣c sinh biết cách giải bài tâ ̣p mô ̣t cách khoa ho ̣c, đảm bảo đi đến kết quả mô ̣t cách chính xác là mô ̣t viê ̣c rất cần thiết

Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng suy luâ ̣n logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch Với cương vi ̣ là một giáo viên dạy môn vật lí ở trường Trung học phổ thông tôi rất quan tâm đến vấn

đề này

Để nghiên cứu, khảo sát các quá trình vật lí, xử lí các bài toán vật lí đòi hỏi phải tính toán các phép toán rất phức tạp, tốn nhiều thời gian và công sức

Vì vậy, việc đưa máy tính vào để nghiên cứu các quá trình tính toán trong vật

lí và sử dụng các công cụ tính toán sẽ giúp cho việc xử lí các bài toán vật lí

Trang 10

8

Để làm điều này, ngôn ngữ lập trình giải tích Mathematica nổi lên với

ưu điểm vượt trội về giao diện thân thiện, về khả năng đồ thị siêu việt và khả năng xử lí số liệu nhanh đã trở thành một công cụ đắc lực cho các nhà khoa học, các kỹ sư, các chuyên gia sinh học, giáo viên, các nhà tài chính,… Đó

cũng chính là một trong các lí do để giúp tôi chọn tên đề tài “Sử dụng phần

mềm toán học Mathematica hỗ trợ giảng dạy chương “Động lực học vật rắn” Vật lí 12 nâng cao”

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu và sử dụng phần mềm Mathematica hỗ trợ giải một số bài tập thuộc Chương Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- 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 toán học Mathematica

- Nghiên cứu nội dung chương trình các kiến thức Chương Động lực học vật rắn và các tài liệu liên quan nhằm xác định được mức độ nội dung các

kỹ năng mà học sinh cần nắm vững

- Tìm hiểu thực tế giảng dạy kiến thức Chương Động lực học vật rắn

ở trường Trung học phổ thông nói chung và trường Trung học phổ thông Lý

Tử Tấn – Hà Nội nói riêng

- Đưa ra một số bài tập Chương Động lực học vật rắn có sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica

4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu là lí thuyết và bài tập Chương Động lực học vật rắn Vật lí 12 nâng cao

- Đối tượng nghiên cứu là ngôn ngữ lập trình Mathematica

5 Giả thuyết khoa học

Nếu học sinh có kiến thức cơ bản về tin học và kiến thức vật lí Động lực học vật rắn sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao, giáo viên dạy bài tập vật lí

Trang 11

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Tôn Tích Ái Phương pháp số, Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội, 2001

[2] Tôn Tích Ái Phần mềm toán cho kỹ sư, Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội,

2005

[3] Tôn Tích Ái Sử dụng phần mềm Mathematica trong vật lý phổ thông,

Nhà xuất bản ĐHQG Hà Nội, 2001

[4] Vũ Cao Đàm, Giáo trình phương pháp nghiên cứu khoa học, NXB Giáo

Dục

[5] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp, Nguyễn Ngọc Hưng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Đình

Thiết, Vũ Đình Tuý, Phạm Quý Tư Vật lý 12 nâng cao, Nhà xuất bản giáo

dục, 2008

[6] Phạm Xuân Quế Sử dụng máy tính hỗ trợ việc xây dựng mô hình trong

dạy học vật lý, Tạp chí Nghiên cứu Giáo dục, số 4/2000

[7].Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng – Phạm Xuân

Quế, Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, Nhà xuất bản Đại học

Sư phạm,2003

[8] Đỗ Hương Trà (Chủ biên), Phạm Gia Phách Dạy học bài tập vật lý ở

trường phổ thông Nhà xuất bản Đại học sư phạm, 2009

[9] L.I Rêznicôp, A.V Piôrưskin, P.A Znamenxky, Những cơ sở của

phương pháp giảng dạy vật lý, Nhà xuất bản giáo dục, 1972

Định dạng
Số trang	11
Dung lượng	413,21 KB