DSpace at VNU: Sử dụng phần mềm MATHEMATICA hướng dẫn học sinh giải bài tập phần "Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường" sách giáo khoa vật lí 11 nâng cao

DSpace at VNU: Sử dụng phần mềm MATHEMATICA hướng dẫn học sinh giải bài tập phần "Chuyển động của hạt mang điện trong đi...

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LƯƠNG THỊ THANH NHÀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG

ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG

SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÍ 11 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI - 2009

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LƯƠNG THỊ THANH NHÀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA

HƯỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG

ĐIỆN TRƯỜNG VÀ TỪ TRƯỜNG SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÍ 11 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học ( bộ môn Vật lí)

Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS TÔN TÍCH ÁI

PGS.TS ĐỖ HƯƠNG TRÀ

HÀ NỘI - 2009

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của tôi tại trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội Nhân dịp này, tôi xin trân trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy, các Cô trong trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập

Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến GS.TS Tôn Tích Ái và PGS.TS Đỗ Hương Trà đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Sở Giáo dục và Đào tạo Hải Dương, cảm ơn Ban Giám hiệu trường THPT Hồng Quang (Hải Dương)- nơi tôi đang công tác, cảm ơn tập thể các giáo viên Vật lí trường THPT Hồng Quang (Hải Dương), THPT Chuyên Nguyễn Trãi (Hải Dương), THPT Nguyễn Du (Hải Dương) đã tạo điều kiện thuận lợi, có nhiều ý kiến đóng góp giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu Luận văn

Xin cảm ơn các anh chị, các bạn học viên lớp Cao học Lí luận và Phương pháp dạy học Khóa 3- Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội đã

có rất nhiều sự giúp đỡ, có nhiều ý kiến đóng góp cho tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu Và tôi muốn cảm ơn thật nhiều gia đình của tôi đã luôn luôn ở bên, động viên, khích lệ, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt thời gian học tập của mình

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các cán bộ Trung tâm thư viện Đại học Quốc gia Hà Nội, thư viện Đại học Sư phạm Hà Nội đã nhiệt tình tạo điều kiện cho tôi trong quá trình thu thập tài liệu từ lúc hình thành ý tưởng đến khi hoàn thành Luận văn

Hà Nội, tháng 12 năm 2009

Tác giả

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

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

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 sử dụng Mathematica là một trong những phần mềm đó

Từ những lí do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm Mathematica trong dạy học về bài tập Vật lí nhằm nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường THPT,

tôi đã chọn đề tài Sử dụng phần mềm Mathematica hướng dẫn học sinh giải bài

tập phần Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường 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 tƣợng, 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

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Tôn Tích Ái Phương pháp số NXB ĐHQG Hà Nội, 2001

2 Tôn Tích Ái Phần mềm toán cho kĩ sư NXB ĐHQG Hà Nội, 2005

3 Tôn Tích Ái Điện và từ NXB ĐHQG Hà Nội, 2003

4 Lương Duyên Bình – Dư Trí Công- Nguyễn Hữu Hồ Vật lí đại cương tập

2: Điện-Dao động- Sóng NXB Giáo dục, 1994

5 Lương Duyên Bình (chủ biên)- Nguyễn Hữu Hồ-Lê Văn Nghĩa- Nguyễn

Quang Sính Bài tập Vật lí đại cương tập 2: Điện-Dao động- Sóng NXB

Giáo dục, 2003

6 Hồ Ngọc Đại Tâm lí học dạy học NXB Giáo dục,1993

7 Vũ Cao Đàm Giáo trình phương pháp luận nghiên cứu khoa học NXB

Giáo dục, 2008

8 Nguyễn Văn Đồng (chủ biên) Phương pháp giảng dạy Vật lí ở trường phổ

thông, tập 1 và tập 2 NXB Giáo dục, 1979

9 Nguyễn Kế Hào Dạy học lấy học sinh làm trung tâm Tạp chí nghiên cứu

giáo dục số 6/1994

10 Bùi Quang Hân- Đào Văn Cư- Phạm Ngọc Tiến- Nguyễn Thành Tương

Giải toán Vật lí 11 tập 1: Điện và từ (dùng cho học sinh các lớp chuyên)

NXB Giáo dục, 2003

11 TS Nguyễn Thị Phương Hoa Lí luận dạy học hiện đại Hà Nội, 2008

12 Vũ Thanh Khiết- Vũ Quang Tài liệu giáo khoa chuyên Vật lí 11 tập 1

NXB Giáo dục, 1997

13 PGS.TS Vũ Thanh Khiết (chủ biên)- Vũ Đình Túy Chuyên đề bồi dưỡng

học sinh giỏi Vật lí trung học phổ thông tập 3: Điện học 2 NXB Giáo dục,

2002

14 Vũ Thanh Khiết- Lương Duyên Bình-Bùi Quang Hân-Vũ Quang Bài

tập Vật lí 11- Ban KHTN, Ban KHTN-KT NXB Giáo dục, 1996

15 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên)- Nguyễn Phúc Thuần (chủ biên)- Nguyễn Ngọc Hưng-Vũ Thanh Khiết- Phạm Xuân Quế- Phạm Đình

Thiết- Nguyễn Trần Trác Vật lí 11 nâng cao NXB Giáo dục, 2007

16 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên)- Nguyễn Phúc Thuần (chủ biên)- Nguyễn Ngọc Hưng-Vũ Thanh Khiết- Phạm Xuân Quế- Phạm Đình

Thiết- Nguyễn Trần Trác Vật lí 11 nâng cao -Sách giáo viên NXB Giáo

dục, 2007

17 Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên)- Nguyễn Phúc Thuần (chủ biên)- Nguyễn Ngọc Hưng-Vũ Thanh Khiết- Phạm Xuân Quế- Phạm Đình

Thiết- Nguyễn Trần Trác Bài tập Vật lí 11 nâng cao NXB Giáo dục,

2007

18 Lê Nguyên Long Thử đi tìm những phương pháp dạy học hiệu quả NXB

Giáo dục, 1999

19 Lê Nguyên Long (chủ biên) Giải toán vật lí trung học phổ thông-Một số

phương pháp, 2001

20 Ngô Diệu Nga Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên cứu khoa học dạy

học Vật lí, 2005

21 PGS.TS Lê Đức Ngọc Bài giảng Đo lường và đánh giá thành quả học tập

trong giáo dục, Hà Nội 2008

22 Vũ Quang Những phương pháp nhận thức trong bộ môn Vật lí ở nhà

trường phổ thông Viện Khoa học giáo dục, tư liệu Vật lí số 2/1997

23 Tống Đình Quỳ Giáo trình xác xuất thống kê NXB Giáo dục, 1999

24 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế Phương pháp

dạy học Vật lí ở trường phổ thông NXB Giáo dục, 1999

25 TS Đinh Thị Kim Thoa Bài giảng tâm lí học dạy học Hà Nội, 2008

26 Phạm Hữu Tòng Phương pháp dạy giải bài tập Vật lí NXB Giáo dục,

1994

27 Phạm Hữu Tòng Hình thành kiến thức, kĩ năng, phát triển trí tuệ và năng

lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học Vật lí NXB Giáo dục, 1999

28 Phạm Hữu Tòng Lí luận dạy học Vật lí ở trường trung học NXB Giáo

dục, 2001

29 Phạm Hữu Tòng- Nguyễn Đức Thâm-Phạm Xuân Quế Tài liệu bồi

dưỡng thường xuyên giáo viên trung học phổ thông- Chu kì III (2004-2007)

- Môn Vật lí NXB Đại học sư phạm, 2006

30 Thái Duy Tuyên Những vấn đề cơ bản giáo dục học hiện đại NXB Giáo

dục, 1991

31 PGS.TS Đỗ Hương Trà Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lí,

Hà Nội 2008

32 Muravier.A.V Dạy thế nào cho học sinh tự lực nắm vững kiến thức Vật lí

(bản dịch) NXB Giáo dục, 1978

33 Piaget.J.V Tâm lí học và giáo dục học NXB Giáo dục, 1980

34 V.G.Razumopxki Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học

Vật lí (bản dịch) NXB Giáo dục, 1975

35 Bộ giáo dục và đào tạo Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương

trình, sách giáo khoa lớp 11 môn Vật lí NXB Giáo dục, 2007