Giải bài tập chương "dao động cơ" vật lý lớp 12 trung học phổ thông bằng ngôn ngữ lập trình matlab.

1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN VĂN THUẬN

GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG "DAO ĐỘNG CƠ" VẬT LÝ LỚP

12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG BẰNG NGÔN NGỮ LẬP

TRÌNH MATLAB

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ

Mã số: 601410

Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT

HÀ NỘI – 2012

2

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 PGS.TS Bùi Văn Loát,

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 Hải Dương,

cảm ơn Ban giám hiệu, thầy cô trong tổ Lý-Hoá-Sinh-CN trường THPT Phúc

Thành – Hải Dương, cảm ơn các bạn học viên lớp Cao học Lý luận và phương

pháp dạy học Vật Lí khóa 6, 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 11 năm 2012

Học viên

Trần Văn Thuận

3

BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT

Công nghệ thông tin và truyền thông

Giáo viên GV

Máy tính điện tử MTĐT

Khoa học kỹ thuật KHKT

Thiết bi dạy học TBDH

Phương tiện dạy học PTDH

Học sinh HS

Phương pháp PP

Phương pháp dạy học PPDH

Bài tập vật lý BTVL

Thực nghiệm TN

Đối chứng ĐC

4

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT trong dạy

học Vật lí ở các trường THPT……………………………………...

Bảng 1.3. Bảng điều tra về khả năng ứng dụng CNTT của HS

trong việc tự học……………………………………………………

Bảng 3.1 Bảng thống kế điểm số…………………………………...

Bảng 3.2. Xử lí kết quả…………………………………………….

Bảng 3.3. Các tham số đặc trưng…………………………………..

Bảng 3.4. Bảng tần suất và tần suất luỹ tích……………………….

28

30

67

67

68

68

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Phân loại bài tập vật lí…………………………………...

Hình 1.2. Lập luận theo phương pháp phân tích…………………...

Hình 1.3. Lập luận phươg pháp tổng hợp………………………….

Hình 3.1. Đường phân bố tần suất…………………………………

Hình 3.2. Dường phân bố tần suất luỹ tích ( hội tụ ωi£%)…………

Hình 3.2. Đường phân bố tần suất luỹ tích ( hội tụ lùi ω£%)………

8

11

11

69

69

69

5

MỤC LỤC

Lời cảm ơn…………………………………………………………………..i

Danh mục viết tắt……………………………………………………………ii

Danh mục các bảng hình…………………………………………………….iii

Mục lục………………………………………………………………………iV

MỞ ĐẦU..........................................................................................................1

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI

BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM

MATLAP..........................................................................................................5

1.1. Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập Vật lí…………………………..5

1.1.1. Khái niệm về bài tập Vật lí …………………………………………….5

1.1.2. Vai trò của bài tập vật lí ………………………………………….……5

1.1.3. Phân loại bài tập vật lí …………………………………………………7

1.1.4. Phương pháp giải bài tập vật lí ……………………………………….13

1.1.5. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí………………………………...16

1.1.5.2. Hướng dẫn tìm tòi (Hướng dẫn Ơrixtic)……………………..…… 17

1.2.Vai trò, ý nghĩa của việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy học….……...19

1.2.1. Giáo dục và công nghệ………………………………………………..19

1.2.2. Vai trò của CNTT trong dạy học Vật lí……………………………….20

1.2.3. Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học môn Vật lí……...21

1.2.4. Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí…22

1.3. Giới thiệu phần mềm Matlab...................................................................23

1.3.1. Các kiểu dữ liệu……………………………………………………….24

1.3.2. Các phép tính với ma trận………………………………………...…..24

1.3.3. Cú pháp……………………………………………………………….25

1.3.4. Cú pháp đặc biệt (syntactic sugar)…………………………………….26

1.3.5. Tính năng vẽ đồ thị…………………………………………………...26

1.4. Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lí ở một

số trường phổ thông………………………………………………………….27

6

1.4.1. Đối với giáo viên……………………………………………………...27

1.4.2. Đối với học sinh………………………………………………………29

Kết luận chương 1...........................................................................................30

Chương 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƯỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG

GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG DAO ĐỘNG CƠ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA

PHẦN MỀM MATLAB……………………………………………………31

2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần “Dao động cơ ” chương trình Vật lí 12

Cơ bản………………………………………………………………….……31

2.1.1. Vị trí chương “Dao động cơ ” trong chương trình Vật lí 12 cơ bản…..31

1.2. Chuẩn kiến thức, kĩ năng……………………………………...………...31

2.1.3. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương………………………………………33

2.2. Tóm tắt mội dung kiến thức cơ bản……………………………………..35

2.2.1. Các khái niệm cơ bản ………………………………………………...35

2.2.2. Các công thức sử dụng………………………………………………..35

2.3. Đặc điểm, cấu trúc nội dung chương “Dao động cơ ” vật lí 12 Ban cơ bản....37

2.3.1. Nội dung chương trình Vật lý 12 Cơ bản..............................................37

2.3.2. Về phân phối chương trình....................................................................38

2.4. Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập chương Dao động cơ……........38

2.4.1. Phân loại bài tập chương Dao động cơ……………………………….38

2.4.2. Soạn thảo hệ thống bài tập chương Dao động cơ……………………..39

2.4.3. Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng hệ thống bài tập đã soạn thảo....41

Kết luận chương 2…………………………………………………………...61

7

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM………………………………………..61

3.1. Mục đích và nhiệm vụ của TNSP……………………………………….62

3.2. Đối tượng, thời gian và phương thức TNSP.............................................62

3.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm..........................................................62

3.3. Phân tích và đánh giá thực nghiệm sư phạm............................................63

3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP..........63

3.3.2. Kết quả TNSP của các lớp TN và ĐC………………………………...65

Kết luận chương 3………………………………………………………………71

KẾT LUẬN…………………………………………………………………73

TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………76

PHỤ LỤC………………………………..………………………………....78

8

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Hiện nay, với sự bùng nổ thông tin, số lượng thông tin càng ngày càng

tăng nhanh. Máy tính tham gia vào quá trình xử lí thông tin kéo theo sự thay

đổi nhanh chóng của các ngành, các nghề khác nhau, thay đổi toàn diện bộ

mặt xã hội. Ngành giáo dục cũng không nằm ngoài sự ảnh hưởng đó, thậm chí

còn bị ảnh hưởng mạnh mẽ.

Trước tình hình đó, Bộ Giáo dục và Đào tạo cần thay đổi đồng bộ các

thành tố của quá trình dạy học về mục tiêu, nội dung, phương pháp, hình thức

tổ chức, phương tiện, kiểm tra đánh giá nhằm kích thích khả năng tư duy,

sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh (HS), đổi mới phương pháp

dạy học nhằm tạo được những con người có khả năng đáp ứng được với

những yêu cầu của thị trường lao động.

Ở nước ta, trong những năm gần đây, thực hiện việc nghiên cứu đổi

mới nội dung phương pháp dạy học nhằm bồi dưỡng cho HS các phương

pháp nhận thức khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong quá trình

dạy học nói chung và dạy Vật lý nói riêng đã thu hút được nhiều sự quan tâm

của các nhà lý luận dạy học, các giáo viên phổ thông.

Quá trình dạy học Vật lí có thể nâng cao chất lượng học tập và phát

triển năng lực của học sinh bằng nhiều phương pháp, cách thức khác nhau.

Trong đó giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp được xác định từ

lâu trong giảng dạy Vật lí có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển

năng lực của học sinh. Đó là một thước đo đúng đắn, thực chất sự tiếp thu,

vận dụng kiến thức và kĩ năng, kĩ xảo của học sinh. Bài tập Vật lí giúp học

sinh hiểu sâu sắc hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết phân

tích những vấn đề thực tiễn. Thông qua việc giải các dạng bài tập, học sinh

vận dụng kiến thức để tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể

khác thì kiến thức đó mới trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn kiến

thức riêng của mình.

9

Việc sử dụng phần mềm để mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng Vật

lý giúp học sinh nhận thức vấn đề, nhận thức các hiện tượng vật lý một cách

trực quan. Việc dạy học Vật lý với sự hỗ trợ của các phần mềm sẽ tiết kiệm

thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời gian thảo luận và giải quyết

vấn đề thuộc bản chất của hiện tượng. Với việc sử dụng phần mềm, mô hình

để trong dạy học Vật lý sẽ cho phép tăng cường việc tương tác giữa người dạy

và người học.

Matlab là một môi trường tính toán số được phát triển bởi The

MathWorks, Matlab một trong những ngôn ngữ lập trình rất mạnh ngày càng

được sử dụng nhiều trong kỹ thuật và Vật lý. Nó có thể thiết kế để giải các bài

toán bằng số, tích hợp tính toán, hiện thị và lập trình trong một môi trường dễ

sử dụng. Các ứng dụng tiêu biểu của Matlab như là hỗ trợ toán học và tính

toán, mô hình, mô phỏng, phân tích, khảo sát và hiển' thị số liệu, đồ thị. Vì thế,

chúng tôi chọn đề tài “Giải bài tập chương "Dao động cơ" vật lý 12 trung

học phổ thông bằng ngôn ngữ lập trình Matlab”

2. Mục tiêu nghiên cứu

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap để giải bài tập chương “Dao động

cơ ” sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản và thiết kế phương án dạy học với các

bài tập đó.

3. Đối tượng nghiên cứu

- Phần mềm ngôn ngữ lập trình Matlab

- Các dạng bài tập cơ bản của chương “Dao động cơ” sách giáo khoa Vật

lý 12 cơ bản

4. Phạm vi nghiên cứu

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap trong việc dạy bài tập chương “Dao

động cơ ” sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản.

5. Câu hỏi nghiên cứu

Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap để giải bài tập chương “Dao động

cơ” và phương án thiết kế dạy bài tập đó như thế nào?