DSpace at VNU: Sử dụng phần mềm Mathematica trong dạy học phần "Dao động và sóng điện từ" chương trình sách giáo khoa Vậ...
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
HOÀNG VIỆT HƯNG
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC
PHẦN “ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN
TỪ” CHƯƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO
KHOA VẬT LÝ LỚP 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ
HÀ NỘI - 2009
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA TRONG
DẠY HỌC PHẦN “ DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ”
CHƯƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP
12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
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
Học Viên : Hoàng Việt Hưng
Lớp : Cao học ngành Sư phạm Vật lý Khóa 3
Người hướng dẫn khoa học : TS Bùi Văn Loát
Trang 3HÀ NỘI - 2009
DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CNTT : Công nghệ thông tin
DH : Dạy học
GV : Giáo viên
HS : Học sinh
PPDH : Phương pháp dạy học
PPDHTC : Phương pháp dạy học tích cực PTDH : Phương tiện dạy học
THPT : Trung học phổ thông
Trang 4MỤC LỤC
Phần mở đầu
1 Lý do chọn đề tài……….1
2 Mục đích nghiên cứu………2
3 Đối tượng nghiên cứu……… 3
4 Nhiệm vụ nghiên cứu………3
5 Phạm vi nghiên cứu……… 3
6 Giả thuyết khoa học……… 3
7 Phương pháp nghiên cứu……….4
8 Đóng góp của đề tài……… 4
9 Cấu trúc Luận văn………5
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC TÍCH CỰC 1.1 Khái quát chung và nhiệm vụ của quá trình dạy học……….7
1.2 Mục đích đổi mới phương pháp dạy học… ……….8
1.3 Định hướng đổi mới……… ………10
1.4 Dạy học tích cực……… 11
1.5 Con đường hình thành kiến thức cơ bản của vật lý học……….16
1.6 Sử dụng Công nghệ thông tin trong giảng dạy vật lý………….………26
1.7 Mục đích giảng dạy phần Dao động và sóng điện từ cho học sinh phổ thông với sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica ………….……34
Trang 5Chương 2: GIỚI THIỆU NHỨNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA VÀ CÁC ỨNG DỤNG
2.1 Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica……… 36
2.2 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính………36
2.3 Mathematica là ngô ngữ lập trình……… …39
2.4 Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học………40
2.5 Mathematica là môi trường tính toán………40
2.6 Các lệnh trong Mathematica 41
2.7 Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số 42
2.8 Đồ họa trong Mathematica 45
Chương 3: ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA THIẾT KẾ BÀI GIẢNG PHẦN DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ 3.1 Ứng dụng phần mềm Mathematica thiết kế bài giảng ….……… 59
3.2 Dao động và sóng điện từ……… 71
3.3 Mạch chọn sóng LC………76
3.4 Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian……… 78
3.5 Truyền thông bằng sóng điện từ……… 80
3.6 Thực nghiệm sư pạm……… 84
Phụ lục………95 Kết luận và khuyến nghị
Trang 6PHẦN MỞ ĐẦU
1 Lý do chọn đề tài
Trang 7Trong những năm gần đây, sự phát triển nhanh của công nghệ thông tin đã tạo nên cuộc cách mạng trên mọi lĩnh vực hoạt động kinnh tế, chính trị, văn hóa, khoa học, xã hội,… Trước tình hình đó Đảng và nhà nước ta đã xác định tầm quan trọng mang tính chiến lược của việc ứng dụng công nghệ thông tin vào giáo dục
Nghị quyết số 26-NQ/TW, Bộ Chính trị về khoa học và công nghệ trong sự
nghiệp đổi mới đã nêu : "Tập trung sức phát triển một số ngành khoa học công
nghệ mũi nhọn như điện tử, tin học, " Nghị quyết Hội nghị lần thứ bảy Ban Chấp
hành Trung ương (khoá VII) ngày 30-7-1994 xác định : "Ưu tiên ứng dụng và phát
triển các công nghệ tiên tiến, như công nghệ thông tin phục vụ yêu cầu điện tử hoá
và tin học hoá nền kinh tế quốc dân" Nghị quyết Đại hội đại biểu Đảng toàn quốc
lần thứ VIII nhấn mạnh : "Ứng dụng công nghệ thông tin trong tất cả các lĩnh vực
kinh tế quốc dân, tạo ra sự chuyển biến rõ rệt về năng suất, chất lượng và hiệu quả của nền kinh tế Hình thành mạng thông tin quốc gia liên kết với một số mạng thông tin quốc tế "[8] , về việc đẩy mạnh và phát triển công nghệ thông tin nhằm phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước
Trong công tác đào tạo, tin học có ảnh hưởng rất lớn Tin học hóa công tác giảng dạy phát triển theo hướng làm tăng hiệu quả đạt được trong công tác giáo dục Bên cạnh đó nó còn gắn liền với quá trình cải tiến công tác tổ chức, quản lý Tin học hóa công tác giáo dục không chỉ dừng lại ở việc xây dựng một cơ sở hạ tầng về thông tin, mà còn gắn liền với việc thay đổi phương pháp, hình thức dạy học, từ đó giúp cho việc dạy và học có hiệu quả cao hơn
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
Trang 8Đổi 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 Điều này cũng có thể hiểu như việc 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 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, vì đây là phần mềm đáp ứng được nhu cầu của đa số giáo viên trong công tác giảng dạy; phần mềm dễ sử dụng, tính năng đồ họa, tính toán và đặc biệt đây là công cụ
Trang 9mạnh trong việc giúp giáo viên xây dựng các mô hình vật lý một cách dễ dàng, thuận tiện…Đó cũng chính là một trong các lý do giúp chúng tôi chọn tên đề tài “
Sử dụng phần mềm Mathematica trong dạy học phần “Dao động và sóng điện từ” chương trình sách giáo khoa vật lý lớp 12 – Trung học phổ thông làm đề tài
Luận văn thạc sỹ
2 Mục đích nghiên cứu
Dựa trên cơ sở lý luận và thực tiễn trong quá trình dạy học của tập thể giáo viên và bản thân, cũng như điều kiện cơ sở vật chất của các trường hiện tại chưa đáp ứng được nhu cầu dạy và học, đặc biệt với bộ môn vật lý thì việc tiến hành thí nghiệm là rất quan trọng và vô cùng cần thiết Nhưng tuy nhiên, để tiến hành thí nghiệm vật lý cần phải có thiết bị chuẩn, hơn nữa không thể bài nào cũng tiến hành thí nghiệm được Nhiều khi ở một số trường học điều kiện không cho phép trang bị phòng thí nghiệm, đôi khi thiết bị thí nghiệm có, nhưng kết quả thí nghiệm không được như mong muốn, vì nhiều lý do cả về mặt chủ quan lẫn khách quan mang lại
Vì vậy, trên thực tế việc học và dạy chay là khó tránh khỏi, đây là một phần nguyên nhân làm hạn chế khả năng tư duy, năng lực làm việc, năng lực tự giải quyết vấn đề…của học sinh
Để giải quyết vấn đề nan giải đó, nhất là trong vật lý thì việc mô phỏng các hiện tượng vật lý trên máy tính là vô cùng cần thiết trong quá trình dạy học, nó góp phần làm tăng khả năng tư duy, nhận thực, năng lực sáng tạo, rèn luyện khả năng làm việc nhóm, khả năng tự giải quyết vấn đề của học sinh
3 Đối tƣợng nghiên cứu
Hoạt động dạy, học của giáo viên và học sinh khi có sự hỗ trợ bởi phần mềm toán học Mathematica
4 Nhiệm vụ nghiên cứu
Trang 10- Nghiên cứu cơ sở lý luận của quá trình tin học hóa trong việc tổ chức dạy
học vật lý nói chung và trong dạy học phần dao động và sóng điện từ nói riêng
theo hướng làm tăng năng lực tư duy, nhận thức, sáng tạo, khả năng làm việc nhóm cũng như khả tự giải quyết vấn đề của học sinh phổ thông
- Nghiên cứu những vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý tại các trường THPT nói chung, tại trường THPT Yên Hòa nói riêng trong việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ mô phỏng các hiện tượng vật lý
- Đưa ra giải pháp xây dựng các mô hình mô phỏng một số hiện tượng trong
phần dao động và sóng điện từ
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 mô phỏng các
hiện tượng vật lý, cụ thể là mô phỏng các hiện tượng trong phần dao động và sóng
điện từ Với mục đích nâng cao khả năng ứng dụng công nghệ thông tin, khả năng
giải quyết vấn đề, khả năng làm việc nhóm, năng lực nhận thức Giúp người học chủ động giải quyết vần đề khi gặp phải trong quá trình dạy học
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 dao
động và sóng điện từ, 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
a Phương pháp nghiên cứu lý luận
Trang 11Tài liệu tham khảo
[1] Đỗ Ngọc Đạt, Tiếp cận hiện đại hoạt động dạy học, NXB ĐH Quốc Gia,
1997
[2] Đặng Văn Đúc, Nguyễn Thu Hằng, Phương pháp dạy học theo hướng tích cực, NXB ĐH Sư Phạm Hà Nội, 2003
[3] Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, Phương pháp
dạy học vât lý ở trường phổ thông, NXB ĐH Sư phạm Hà Nội, 2002
[4] Tôn Tích Ái, Phần mềm toán cho kỹ sư, NXB ĐH Quốc Gia Hà Nội, 2005 [5] Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (Chủ biên), Nguyễn Đức Hiệp – Nguyễn Trọng Hưng – Nguyễn Đức Thâm – Phạm Đình Khiết – Phạm Quý Tư, SGK Vật lý nâng cao lớp 12, NXB Giáo dục, 2008
[6] Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên), Nguyễn Thượng Chung – Tô Giang – Trần Trí Minh – Ngô Quốc Quýnh, SGK Vật lý
cơ bản lớp 12, NXB Giáo dục, 2008
[7] Trần Bá Hoành, Đổi mới phương pháp dạy học, chương trình và sách giáo khoa, NXB ĐH Sư Phạm, 2006