Sử dụng ngôn ngữ lập trình mathematica để giải một số bài toán về "năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân" chương trình sách giáo khoa vât lý 12 ban nâng cao"

Ờ Ả Ơ

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 lớp Cao học 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 Quí Nam

2

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

3

Sách giáo khoa SGK

Công nghệ thông tin CNTT

Trung học phổ thông THPT

1

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài

Chúng ta đang ở kỷ nguyên của nền kinh tế tri thức, sự bùng nổ thông tin và

sự phát triển mạnh mẽ của khoa học công nghệ, làm cho mâu thuẫn giữa lượng tri

thức cần phải trang bị cho học sinh với thời lượng có hạn của tiết học ngày càng trở

nên gay gắt. Trong bối cảnh đó, phương pháp dạy học truyền thống mà chủ yếu là

thầy thông báo kiến thức trò lắng nghe và ghi chép không còn phù hợp. Đó là tất

yếu khách quan đòi hỏi phải đổi mới phương pháp dạy và học.

Đổi mới phương pháp dạy học không chỉ cung cấp kiến thức mà còn phải

xây dựng năng lực tư duy, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh đồng thời còn

phải rèn luyện cho học sinh phương pháp nghiên cứu khoa học nói chung và Vật

lý học nói riêng. Tuy nhiên, phương pháp dạy học các bộ môn khoa học tự nhiên

nói chung và bộ môn Vật lý nói riêng ở trường phổ thông vẫn mang nặng tính

chất thông báo, tái hiện. Học sinh ít được tạo điều kiện bồi dưỡng các phương

pháp nhận thức, rèn luyện và tư duy khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn

đề.

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.

Đổi 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.

2

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. Tuy 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 cơ sở vật chất, 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 hiện nay vì trình độ tin học của giáo viên

chưa cao không nên chọn phần mềm mạnh nhưng khó sử dụng. Phần mềm

Mathematica dễ sử dụng, có đầy đủ tính năng đồ họa, tính toán và đặc biệt đây là

công cụ mạnh trong việc giúp giáo viên xây dựng các mô hình vật lý một cách

3

dễ dàng, thuận tiện. Đó cũng chính là một trong những lý do giúp tôi chọn đề

tài “Sử dụng ngôn ngữ lập trình Mathematica để giải một số bài toán về “

năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” chương trình sách giáo

khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao” làm đề tài Luận văn thạc sĩ của mình.

2. Mục đích nghiên cứu

Vận dụng lý luận về giải bài tập Vật lý và sử dụng hệ thống phần mềm

Mathematica giải một số bài tập thuộc phần “ năng lượng liên kết và sự phóng

xạ của hạt nhân” sách giáo khoa lớp nâng cao lớp 12. Tổ chức dạy học hệ

thống bài tập đã soạn thảo nhằm góp phần nâng cao chất lượng dạy học.

3. Đối tượng nghiên cứu

Hoạt động dạy, học của giáo viên và học sinh khi có sự hỗ trợ bởi phần

mềm toán học Mathematica trong việc giải bài tập vật lý.

4. Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về giải bài tập Vật lý, nghiên cứu phần mềm

Mathematíca trong việc tổ chức dạy học vật lý nói chung và trong dạy soạn thảo

và dạy một số bài tập thuộc phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt

nhân”.

- Nghiên cứu những vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật

lý tại các trường Trung học phổ thông (THPT) nói chung, tại trường THPT Cổ

Loa nói riêng trong việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ giải các

bài tập vật lý.

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 trong

việc giải các bài tập vật lý, cụ thể là giải một số bài tập vật lý trong phần “ năng

lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”. Với mục đích nâng cao khả năng

4

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 và giúp người dạy có thêm công cụ trong việc dạy

các bài tập.

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

“ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”, 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

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 giải bài tập. Từ đó học sinh giải quyết

những vấn đề gặp phải trong quá trình nhận thức.

Sử dụng phần mềm toán học Mathematica và những tài liệu liên quan

trong việc thiết kế, giải quyết các vấn đề trong giải bài tập vật lý 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 “ năng lượng liên kết và

sự phóng xạ của hạt nhân” của chương hạt nhân nguyên tử.

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

5

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

THPT Cổ Loa nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy, dự giờ, thảo luận

với các đồng nghiệp và đánh giá của học sinh. Từ đó đánh giá tình hình dạy, học

phần “năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân” của học sinh phổ

thông.

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

Mathematica 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

Luận văn đã cho thấy lợi ích, tầm quan trọng của việc ứng dụng Công

nghệ thông tin trong dạy học theo phương pháp hiện đại.

Mở ra hướng trong việc kết hợp giữa phương pháp dạy học truyền thống

với phương pháp dạy học hiện đại một cách hiệu quả.

9. Cấu trúc Luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính

của luận văn được trình bày thành 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài

Chương 2: Những nét cơ bản phần mềm toán học Mathematica. Phân tích

một số dạng bài tập phần “ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt

nhân”.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm