Vận dụng lý luận dạy học hiện đại về giảng dạy bài tập vật lý, soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica thu[r]
Trang 1ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN THỊ HOÀNG MƠ
XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ”- VẬT LÍ 10 VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ
HÀ NỘI – 2014
Trang 2ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN THỊ HOÀNG MƠ
XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” - VẬT LÍ 10 VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA
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 01 11
Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Tôn Tích Ái
HÀ NỘI – 2014
Trang 3MỤC LỤC
Lời cảm ơn ……… ……….……… i
Danh mục viết tắt…… ………….……… ii
Mục lục……… ……… ……… iii
Danh mục các bảng…… ……… vi
Danh mục các hình … ……… vii
MỞ ĐẦU 1
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 4
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học 4
1.1.1 Bản chất của quá trình dạy học 4
1.1.2 Các nhiệm vụ của quá trình dạy học 4
1.1.3 Phương pháp dạy học 5
1.2 Cơ sở lí luận về dạy giải bài tập vật lý phổ thông 6
1.2.1 Khái niệm về bài tập vật lý 6
1.2.2 Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý 7
1.2.3 Phân loại bài tập vật lí 8
1.2.4 Lựa chọn bài tập vật lí 12
1.2.5 Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí 13
1.2.6 Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí 16
1.3 Vai trò, ý nghĩa của Công nghệ thông tin trong dạy học 17
1.3.1 Dạy và học theo quan điểm CNTT 17
1.3.2 CNTT với vai trò PTDH, TBDH 18
1.4 Vài nét chính về Mathematica 18
1.4.1 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính 18
1.4.2 Vẽ đồ thị 19
1.4.3 Mathematica là ngôn ngữ lập trình 20
1.4.4 Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học 21
1.4.5 Mathematica là môi trường tính toán 21
1.4.6 Các lệnh trong Mathematica 22
1.4.7 Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số 22
Trang 41.4.8 Đồ họa trong Mathematica 25
Kết luận chương 1 33
Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA VÀO CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” SGK VẬT LÍ 10 THPT 34
2.1 Phân tích nội dung khoa học kiến thức chương “ Các định luật bảo toàn” lớp 10 THPT 34
2.1.1 Động lượng 34
2.1.2 Công và công suất 36
2.1.3 Động năng 37
2.1.4 Trường lực thế 39
2.1.5 Thế năng 40
2.1.6 Định luật bảo toàn cơ năng trong trường lực thế 40
2.2 Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lý 10
41
2.2.1 Vị trí chương “Các định luật bảo toàn trong chương trình vật lý phổ thông 41 2.2.2 Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lý 10 cơ bản 42
2.2.3 Nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10 44
2.3 Mục tiêu dạy học chương “ Các định luật bảo toàn” 48
2.3.1 Mục tiêu về kiến thức và trình độ nhận thức 48
2.3.2 Kỹ năng của học sinh khi học chương “Các định luật bảo toàn” 52
2.4 Phân loại bài tập vật lý chương “Các định luật bảo toàn” 53
2.5 Xây dựng hệ thống bài tập chương “ Các định luật bảo toàn” 54
2.5.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập 54
2.5.2 Hệ thống bài tập chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10 55
2.6 Dự kiến sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo trong dạy học chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10 62
2.7 Lựa chọn một số bài tập chương “Các định luật bảo toàn” có sử dụng phần mềm Mathematica 62
Trang 52.8 Giáo viên sử dụng phần mềm Mathematica để hướng dẫn học sinh giải bài tập
chương “ Các định luật bảo toàn” 63
2.8.1 Phương pháp chung 63
2.8.2 Hướng dẫn học sinh 63
Kết luận chương 2 82
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 83
3.1 Mục đích của thực nghiệm sư phạm 83
3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 83
3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 83
3.4 Thời điểm thực nghiệm sư phạm 84
3.5 Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm 84
3.5.1 Tiêu chí để đánh giá 84
3.5.2 Diễn biến thực nghiệm sư phạm 84
3.5.3 Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo 85
3.5.4 Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh 86
Kết luận chương 3 91
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO 94
PHỤ LỤC 96
Trang 6MỞ ĐẦU
1 Lí do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của trí tuệ sáng tạo, của sự bùng nổ thông tin, của nền kinh tế tri thức Tình hình phát triẻn kinh tế, xã hội của đất nước, đòi hỏi ngành giáo dục và đào tạo phải có những đổi mới cơ bản, mạnh mẽ, vươn tới ngang tầm với sự phát triển chung của khu vực và thế giới 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 Chính vì vậy chúng ta cần phải đổi mới phương pháp dạy - học
Vật lí là một trong những môn học rất quan trọng của học sinh trung học phổ thong Vật lí không chỉ là một môn học rất hay, được nhiều học sinh yêu thích mà nó còn là một môn khoa học tự nhiên được xếp vào loại môn học khó đối với học sinh
Để học tốt vật lí học sinh vừa phải nắm vững những kiến thức lý thuyết bao gồm: Những hiện tượng vật lý, những qui luật, định luật vật lý, những công thức, những phương trình vật lý vừa phải biết cách vận dụng linh hoạt những kiến thức lý thuyết vào việc giải các bài tập vật lý
Dạy giải bài tập vật lý 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 lý rất nhiều, nhưng sách hướng dẫn giáo viên dạy cho học sinh kĩ năng phân tích hiện tượng vật lý để giải quyết các bài tập vật lý trong chương trình vật lý phổ thông còn rất thiếu Mà việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch Với cương vị là một giáo viên dạy môn vật lý ở trường THPT tôi rất quan tâm đến vấn đề này
Bên cạnh đó việc vận dụng thành tựu của công nghệ thông tin cùng với các phần mềm vào giảng dạy nhắm đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông là một tất yêu để nâng cao chất lượng dạy học Mathematica có những ưu thế trong việc
mô phỏng các hiện tượng khoa học và kỹ thuật khác nhau, có đồ họa đa chức năng và sinh động, thân thiện và dễ sử dụng Mathematica có khả năng ứng dụng cao trong vật
lý và có thể được xem là một lựa chọn thích hợp để sử dụng như một phần bổ trợ cho việc giảng dạy bài tập vật lý phổ thông
Trang 7Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài: “Xây dựng và hướng dẫn giải bài tập chương “ Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 với sự hỗ trợ của phần mềm Mathematica”
2 Mục đích nghiên cứu
Vận dụng lý luận dạy học hiện đại về giảng dạy bài tập vật lý, soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica thuộc chương “ Định luật bảo toàn” –SGK Vật lý lớp 10 THPT, góp phần đổi mới phương pháp giảng dạy, 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 lý luận về giải bài tập vật lý, nghiên cứu phần mềm toán học Mathematica
- Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức “Định luật bảo toàn”
và các tài liệu liên quan nhằm xác định được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng học sinh cần nắm vững
- Soạn thảo hệ thống bài tập, trong đó có một số 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 giải bài tập chương “ Các định luật bảo toàn”
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để đánh giá hiệu quả của hệ thống bài tập đã xây dựng và việc đưa phần mềm toán học
Mathematica vào giảng dạy
4 Khách thể và đối tượng nghiên cứu
Khách thể nghiên cứu là quá trình dạy và học môn Vật lí chương “Các định luật
bảo toàn” Vật lí 10 của giáo viên và học sinh
Đối tượng nghiên cứu là phần mềm Mathematica, ứng dụng vào giảng dạy bài
tập chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10
5 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu soạn thảo hệ thống bài tập, trong đó có một số bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica để giải và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương
“Các định luật bảo toàn” vật lý 10
6 Giả thuyết khoa học
Trang 8Nếu soạn thảo được một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và sử dụng phần mềm Mathematica để giải thì khi vận dụng hệ thống bài tập đó vào dạy học Vật
lý sẽ giúp học sinh ôn tập củng cố kiến thức và bồi dưỡng được tính tự chủ, năng lực sáng tạo của học sinh
7 Phương pháp nghiên cứu
7.1 Nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, về lý luận dạy học nói chung và tài liệu về lý luận dạy học vật lý nói riêng có liên quan đến đề tài
- Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, xác định mức độ nội dung các kiến thức mà học sinh cần nắm vững
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica
7.2 Nghiên cứu thực tiễn
- Tìm hiểu việc giáo viên sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở trường THPT
- Điều tra thực tế dạy và học kiến thức chương “Các định luật bảo toàn ”ở trường THPT hiện nay
7.3 Nhóm phương pháp xử lý thông tin
Định lượng, định tính, thống kê và phân tích thống kê
8 Đóng góp của đề tài
- Đề tài góp phần hoàn thiện lý luận và phương pháp dạy học Vật Lý
- Xây dựng hệ thống bài tập đảm bảo tính hệ thống, khoa học theo các mức độ nhận thức: nhận biết, hiểu, vận dụng
- Giúp giáo viên các biện pháp để sử dụng phần mềm toán học Mathematica vào dạy học giải bài tập Vật Lý chương “Các định luật bảo toàn” thành công
9 Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày trong ba chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài
Chương 2: Xây dựng hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica vào chương : “Các định luật bảo toàn” SGK Vật lí 10
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
Trang 9CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học
1.1.1 Bản chất của quá trình dạy học
Quá trình dạy học được tổ chức trong nhà trường bằng phương pháp sư phạm đặc biệt nhằm trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức khoa học và hình thành hệ thống kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn
- Bản chất của quá trình dạy học là một chỉnh thể toàn vẹn thống nhất được tạo nên bởi các thành tố như: Mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện, người dạy, người học cùng với môi trường văn hóa – chính trị - xã hội – kinh tế - khoa học kỹ thuật của đất nước trong trào lưu phát triển chung của thời đại Các thành tố này có mối quan hệ mật thiết, chặt chẽ với nhau theo nhiều tầng bậc ở nhiều cấp độ khác nhau
- Bản chất của quá trình dạy học được thể hiện thông qua mối quan hệ tương tác giữa giáo viên và học sinh Dạy học là toàn bộ những hoạt động chung của cả thầy và trò trong đó thầy giữ vai trò chủ đạo còn trò giữ vai trò chủ động, độc lập, tích cực sáng tạo lĩnh hội tri thức nhằm thực hiện tốt các nhiệm vụ dạy học
- Bản chất của quá trình dạy học được xem như là một quá trình nhận thức Vì quá trình dạy học xét cho cùng cũng là vì học trò, học trò nắm được những gì, học được những gì, vận dụng như thế nào
1.1.2 Các nhiệm vụ của quá trình dạy học
Chức năng xã hội tổng quát của giáo dục là truyền kinh nghiệm, thành tựu phát triển của loài người đã được tích lũy bởi thế hệ đi trước cho thế hệ trẻ, đảm bảo sự hình thành và phát triển những con người có văn hóa cao Các thành tựu giáo dục phát triển
đã được con người tích lũy và truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác
Khi tham gia các hoạt động đa dạng liên kết đến các yếu tố khác của văn hóa, vật chất, tinh thần dưới sự hướng dẫn của thế hệ đã trưởng thành, thế hệ đang lớn lên nắm được những tài sản văn hóa và phát triển tài sản đó ở thế hệ mình Điều đó biểu hiện những năng lực được kết tinh trong các yếu tố văn hóa Hoạt động của con người vô cùng đa dạng và phức tạp, đặc trưng cho các nghề nghiệp và chuyên môn khác nhau
Vì thế trước khi lý luận dạy học xuất hiện, một vấn đề được đặt ra là cần tìm ra những cái chung, phân biệt các yếu tố văn hóa cần thiết mà thế hệ trẻ cần chiếm lĩnh để trở thành con người có văn hóa Trên cơ sở đó, thực tế đặt ra những nhiệm vụ dạy học và
Trang 10tổ chức những hoạt động học tập để rèn luyện giáo dục đảm bảo cho người học chiếm lĩnh nội dung văn hóa đó
1.1.3.Phương pháp dạy học
Phương pháp dạy học là tổ hợp các cách thức hoạt động, tương tác giữa thầy và trò trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học Phương pháp dạy học là một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình dạy học và luôn là trung tâm chú
ý của các nhà giáo dục trên thế giới [10]
Phương pháp là hình thức tự vận động bên trong của nội dung, nên cùng với sự biến đổi của nội dung, phương pháp dạy học cũng đang được đổi mới theo hướng hiện đại hóa Việc đổi mới phương pháp dạy học đòi hỏi phải tìm kiếm phương pháp dạy học mới và cải tiến các phương pháp cổ truyền cho phù hợp với nội dung hiện đại, theo hương nâng cao tính tích cực, độc lập, sáng tạo, nâng cao năng lực nội sinh của người học, nhằm đổi mới cách điều khiển quá trình dạy học và đưa công nghệ hiện đại vào trong nhà trường Cụ thể là các phương pháp dạy học phải hướng tới mục tiêu:
- Góp phần hình thành động cơ nhận thức, các phương pháp nhận thức Bồi dưỡng cho HS phương pháp tự học, tự khám phá để chiếm lĩnh tri thức
- Nhằm nâng cao tính tích cực, độc lập, sáng tạo và phát huy năng lực vận dụng tri thức vào thực tiễn cho HS
Trong bối cảnh nền kinh tế thị trường, mở cửa, hội nhập và phát triển nền kinh
tế tri thức, việc cạnh tranh trên lĩnh vực “trí tuệ” đang diễn ra gay gắt thì cách đào tạo con người có trí tuệ, giàu tính sáng tạo càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng Các phương pháp dạy học phải phản ánh trong mình nó những thành tựu của mỗi khoa học Bởi vì việc nắm vững các phương pháp này có tác dụng đến việc hình thành và phát triển tính độc lập sáng tạo của mỗi HS
Phương pháp dạy học có đặc điểm riêng, khác biệt với phương pháp tác động của con người lên các đối tượng vô tri trong hoạt động sản xuất vật chất nói chung Đối với việc học, giáo viên là chủ thể của hoạt động dạy học và HS là đối tượng của hoạt động học, đồng thời là chủ thể của quá trình dạy học