Sử dụng một số mô hình dao động và sóng điện từ được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình matlab để giảng dạy chương dao động và sóng điện từ vật lý lớp 12 ban nâng cao.

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 Hà Nội, cảm ơn Ban giám hiệu, tổ Lý

trường THPT Cổ Loa – Hà Nội, cảm ơn các bạn học viên Thạc sĩ Lý luận và phương

pháp dạy học Vật Lí khóa 4, 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 8 năm 2011

Học viên

Trần Thị Thanh Vân

BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT

Công nghệ thông tin và truyền thông CNTT&TT

Giáo viên GV

Học sinh HS

Phương pháp PP

Phương pháp dạy học PPDH

Bản đồ tư duy BĐTD

Thực nghiệm TN

Đối chứng ĐC

Sách giáo khoa SGK

Công nghệ thông tin CNTT

Trung học phổ thông THPT

MỤC LỤC

Mở đầu............................................................................................................................. 1

1. Lí do chọn đề tài ................................................................................................... 1

2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................................ 2

3. Đối tượng nghiên cứu........................................................................................... 2

4. Giả thuyết khoa học.............................................................................................. 2

5. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................... 3

6. Phạm vi nghiên cứu .............................................................................................. 3

7. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................................... 4

8. Đóng góp của đề tài.............................................................................................. 4

9. Cấu trúc luận văn.................................................................................................. 5

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.................................. 6

1.1. Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học............................................................. 6

1.1.1. Đổi mới phương pháp dạy học – xu hướng chung của thế giới..................... 6

1.1.2. Định hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay ........................ 10

1.2. Dạy học tích cực ................................................................................................. 12

1.2.1. Tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý.......................................... 12

1.2.2. Phương pháp dạy học tích cực..................................................................... 14

1.2.3. Một số kĩ thuật dạy học tích cực cần được sử dụng để nâng cao chất lượng

dạy học ................................................................................................................... 14

1.3. Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý .......................................... 22

1.3.1.Giáo dục và công nghệ.................................................................................. 22

1.3.2. Vai trò của CNTT&TT trong giảng dạy nói chung và trong giảng dạy vật lý

23

1.3.3. Tình hình sử dụng máy tính và khai thác phần mềm để dạy học ở nước ta

hiện nay .................................................................................................................. 24

1.3.4. Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý... 27

1.4. Mục đích giảng dạy chương dao động và sóng điện từ cho học sinh phổ

thông với sự hỗ trợ của phần mền Matlab ............................................................. 28

1.4.1 Kết hợp phương pháp dạy học tích cực với một số mô hình Matlab trong

giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ” ............................................... 28

1.4.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần

mềm Matlab trong giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ” ................ 29

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG................. 31

2.1 Tổng quan về mô hình........................................................................................ 31

2.1.1 Định nghĩa mô hình................................................................................. 31

2.1.2 Chức năng của mô hình trong Vật lý học................................................ 31

2.1.3 Các loại mô hình Vật lý........................................................................... 32

2.1.4 Phương pháp mô hình trong nghiên cứu vật lý và các giai đoạn của của

nó 33

2.1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học Vật lý ........................................... 35

2.2 Tổng quan về Matlab.......................................................................................... 37

2.2.1. Quá trình hình thành và phát triển của Malab ............................................ 37

2.2.2 Matlab là ngôn ngữ lập trình ........................................................................ 38

2.2.3 Các đặc điểm chính của ngôn ngữ lập trình Matlab .................................... 38

2.2.4 Các lệnh trong Matlab .................................................................................. 38

2.2.5 Đồ hoạ trong Matlab..................................................................................... 42

2.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lý học ứng dụng trong giảng dạy ...... 54

CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC PHẦN

DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ .............................................................................. 56

3.1. Đặc điểm, cấu trúc, nội dung chương “dao động và sóng điện từ” vật lí 12 Ban

nâng cao ..................................................................................................................... 56

3.1.1. Đặc điểm, cấu trúc chương “dao động và sóng điện từ” trong chương trình

vật lí phổ thông lớp 12 chương trình nâng cao...................................................... 56

3.1.2. Nội dung kiến thức chươn g: “Dao động và sóng điện từ”....................... 57

3.1.3. Mục tiêu về kiến thức và kĩ năng học sinh cần đạt khi học chương “Dao

động và sóng điện từ” ............................................................................................ 60

3.2.1. Mạch dao động............................................................................................. 61

3.2.2. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC ........................................... 64

3.2.3. Mạch chọn sóng LC .................................................................................... 65

3.2.4. Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian ........................................ 67

3.3. Thực nghiệm sư phạm......................................................................................... 72

3.3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm:.................................................................. 72

3.3.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm ................................................................. 72

3.3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm............................................................. 75

3.3.4. Thời điểm thực nghiệm 15/10/2010 đến 17/11/2010 ................................... 76

3.3.5. Diễn biến thực nghiệm sư phạm................................................................... 76

3.3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm ..................................................................... 76

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 83

1

Mở đầu

1. Lí do chọn đề tài

Cuộc cách mạng về công nghệ thông tin bắt đầu từ những năm cuối Thế kỷ 20

đã đem lại vô số những thành tựu góp phần to lớn phát triển mọi mặt của xã hội loài

người. Hoạt động dạy học cùng với những hoạt động khác của xã hội được tin học hóa

mạnh mẽ. Điều này không chỉ thể hiện ở việc tiến hành xây dựng một kết cấu hạ tầng

thông tin mà bản chất của nó nằm ở sự thay đổi về nội dung, hình thức tổ chức dạy học

và thay đổi tư duy của người dạy và người học ở tất cả các cấp bậc giáo dục.

Việc phát triển năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề của học sinh trung

học phổ thông là một trong những mục tiêu của công cuộc đổi mới phương pháp dạy

học. Đây là nhiệm vụ khó khăn khi nội dung dạy học khá nặng nề và chế độ thi cử còn

cồng kềnh chưa định hướng mục đích học tập. Học sinh tại các trường Trung học phổ

thông ít có điều kiện để được rèn luyện tư duy khoa học, kĩ năng thu thập và xử lý

thông tin. Việc tiếp cận với tin học một cách thường xuyên sẽ dần hình thành cho học

sinh kinh nghiệm về thu thập và xử lý thông tin, nhưng chừng đó là chưa đủ. Vai trò tổ

chức hoạt động học tập ứng dụng công nghệ tin học đòi hỏi người giáo viên phải hiểu

và sử dụng máy tính một cách thuần thục.

Việc mô phỏng, mô hình hóa các hiện tượng Vật lý bằng phần mềm giúp học

sinh nhận thức hiện tượng một cách trực quan. Dạy học Vật lý với sự hỗ trợ của mô

hình tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời lượng thảo luận và giải

quyết các vấn đề thuộc bản chất hiện tượng.

Hiện nay mạng xã hội ảo trở nên phổ biến và sẽ còn phát triển mạnh mẽ trong

nhiều năm tới. Việc tìm kiếm, chia sẻ thông tin trên mạng internet đã trở nên phổ biến,

điều này đòi hỏi người giáo viên thế hệ mới có những hiểu biết sâu hơn về máy tính, kĩ

thuật mạng và kĩ thuật số... Trao đổi thông tin trong cộng đồng mạng xã hội ảo phát

triển mạnh mẽ khiến cho lượng thông tin của loài người tăng lên nhanh chóng. Việc

2

lựa chọn những thông tin có ích cho công tác của giáo viên là hết sức quan trọng. Với

các giáo viên giảng dạy môn Vật lý thì họ cần các tiện ích, phần mềm, tài liệu liên quan

về bộ môn của họ. Như vậy, các giáo viên cần đến một công cụ nào đó có thể dễ dàng

thiết kế, xây dựng mô hình Vật lý, có cộng đồng phát triển đông đảo, đồng thời tính

tương thích và kế thừa cao. Matlab là phần mềm có thể thỏa mãn đa số các yêu cầu đó,

nhất là khi nó được kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực sẽ thu được những

thành công lớn.

Xuất phát từ các vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “Sử dụng một số mô hình dao động

và sóng điện từ được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy

chương Dao động và sóng điện từ Vật lý lớp 12 ban nâng cao” làm đề tài nghiên cứu

luận văn của mình.

2. Mục đích nghiên cứu

Sử dụng mô hình biểu diễn quá trình dao động và sóng được xây dựng bằng

ngôn ngữ lập trình Matlab trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh hình thành tư duy

logic, giải quyết vấn đề.

Kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực để quá trình dạy học đạt hiệu qủa

cao.

Rèn luyện tư duy phê phán, phân tích, đối thoại và sáng tạo cho học sinh.

3. Đối tượng nghiên cứu

Các khái niệm cơ bản trong phần dao động và sóng điện từ.

Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy và học các kiến thức trên.

4. Giả thuyết khoa học

Việc học chay đôi khi làm cho học sinh không hiểu được bản chất của vấn đề,

nắm kiến thức không sâu, tiếp thu một cách thụ động do đó không gây hứng thú cho

3

học sinh. Sử dùng phần mềm Matlab mô hình hóa một số khái niệm cơ bản, các hiện

tượng và mối quan hệ giữa các đại lượng trong phần dao động và sóng điện từ và các

mô hình này kết hợp với phương pháp dạy học tích cực giúp học sinh nhận thức sâu

sắc hơn về bản chất Vật lý của vấn đề, làm cho học sinh tiếp thu kiến thức một cách

tích cực, ghi nhớ một cách logic và vận dụng sáng tạo hơn. Việc mô hình hóa trên góp

phần đẩy mạnh quá trình đổi mới phương pháp giảng dạy bộ môn Vật lý ở trường phổ

thông.

5. Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung vào

các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động của đối

tượng vật lý.

Nghiên cứu cơ sở lý luận của các phương pháp dạy học tích cực.

Nghiên cứu nội dung dạy học thuộc phần dao động và sóng điện từ trong

chương trình Vật lý phổ thông.

Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab.

Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử dụng

mô hình được thiết kế bằng Matlab.

6. 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 mền Matlab trong việc giảng dạy vật lý, cụ thể

là dạy và học vật lý 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 của học sinh, giúp người học chủ động giải quyết vần đề khi

gặp phải trong quá trình dạy học và giúp người dạy có thêm công cụ trong việc dạy vật

lý.

4

7. Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu lý luận:

Dựa vào tài liệu lý luận dạy học làm sáng tỏ các quan điểm trong tổ chức, điều

khiển diễn biến quá trình dạy học vật lý. Từ đó học sinh biết cách gải quyết những vấn

đề gặp phải trong quá trình nhận thức.

Dựa vào tài liệu lý luận về các phương pháp day học tích cực, lựa chọn và xây

dựng pương pháp dạy học tích cực vận dụng trong phần dao động và sóng điện từ.

Sử dụng phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế, mô

phỏng các hiện tượng dao động và sóng điện từ phục vụ quá trình dạy học.

Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, sách tham

khảo, từ đó xác định chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài tập vật lý mà

học sinh cần phải nắm được khi học phần dao động và sóng điện từ.

- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:

Nghiên cứu quá trình dạy học trong trường THPT nói chung và trường THPT

Cổ Loa, Đông Anh Hà Nội nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy, dự giờ, thảo

luận với các đồng nghiệp và đánh giá kết quả học tập của học sinh. Trên cơ sở kết quả

thu được tiến hành đánh giá tình hình dạy, học phần dao động và sóng điện từ của học

sinh phổ thông.

Nghiên cứu quá trình sử dụng máy tính trong việc ứng dụng phần mềm Matlab

mô phỏng, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng dạy ở

trường THPT

8. Đóng góp của đề tài

Góp phần làm sáng tỏ vai trò phương pháp mô hình hóa bằng phần mềm máy

tính trong dạy học Vật lý trong trường phổ thông.