ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC - - NGUYỄN THỊ DIỆU LY SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG VIỆC DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI - 2012 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Đổi phương pháp dạy học, ứng dụng công nghệ dạy học đại theo hướng chủ động, tích cực hóa hoạt động học sinh phương hướng xác định rõ, nhằm nâng cao chất lượng dạy học Điều xác định nghị trung ương khoá VII, nghị trung ương khoá VIII, thể chế luật giáo dục (2005) Luật giáo dục, điều 28.2, ghi “Phương pháp giáo dục phổ thơng phải phát huy tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo học sinh; phù hợp với đặc điểm lớp học môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả làm việc theo nhóm, rèn luyện kỹ vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hướng thú trách nhiệm học tập học sinh” Việc ứng dụng công nghệ thông tin dạy học năm gần đặc biệt trọng Hiện nay, nước ta có nhiều cơng trình nghiên cứu việc đổi phương pháp giáo dục theo quan điểm ứng dụng công nghệ thông tin truyền thông phần mềm hỗ trợ giảng, minh hoạ lớp với máy chiếu; phần mềm dạy học giúp học sinh học lớp nhà; công nghệ kiểm tra, đánh giá trắc nghiệm máy vi tính; sử dụng mạng Internet, thiết bị đa phương tiện để dạy học… Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ thông tin giảng tập vật lý với tư cách phương pháp dạy học có tác dụng tích cực tới việc giáo dục phát triển tư học sinh đồng thời thước đo thực chất đắn nắm vững kiến thức, kỹ kỹ xảo vật lý học sinh chưa có nhiều cơng trình nghiên cứu Trong đó, giới có phần mềm sử dụng công cụ mạnh lĩnh vực khoa học kỹ thuật như lĩnh vực giáo dục đào tạo mang tính thực tiễn cao Với đặc thù môn học Vật Lý phổ thông quan sát, mơ phỏng, giải thích tượng, việc sử dụng phần mềm công nghệ giảng dạy tập giúp học sinh dễ dàng hiểu dụng được, giúp giáo viên học sinh nâng cao chất lượng dạy học Mathematica phần mềm Mathematica có ưu việc mơ tượng, đồ họa đẹp, thân thiện dễ sử dụng, có khả ứng dụng cao Vật Lý, hồn tồn lựa chọn thích hợp việc dạy tập Vật Lý phổ thông cho học sinh Từ lý trên, với mong muốn sử dụng phần mềm Mathematica dạy tập vật lý nhằm cao chất lượng dạy học vật lý trường phổ thông trung học phổ thông, lựa chọn đề tài: Sử dụng phần mềm toán học Mathematica việc dạy giải tập vật lý chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao làm đề tài nghiên cứu Lịch sử nghiên cứu Trong năm có nhiều người ứng dụng phần mềm toán học Mathematica vào dạy giải tập vật lý phổ thông trung học chương, phần chẳng hạn như: Sử dụng phần mềm toán học Mathematica việc giảng dạy tập vật lý chương “Dao động cơ” - Lớp 12 trung học phổ thông (Luận văn thạc sĩ Trần Thị Hồng Nhung); Giảng dạy phần học cho học sinh phổ thông chuyên vật lý với hỗ trợ phần mềm toán học Mathematica (Luận văn thạc sĩ Trần Thị Nhàn); Sử dụng phần mềm toán học Mathematica hướng dẫn học sinh giải tập phần “Chuyển động hạt mang điện điện từ trường” (Luận văn thạc sĩ Lương Thị Thanh Nhàn)… Nhưng chưa có tác giả làm đề tài mà chọn nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu Vận dụng lý luận dạy giải tập vật lý, soạn thảo hệ thống tập tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống tập có sử dụng phần mềm tốn học Mathematica vào chương “Dịng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao góp phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu quan điểm dạy học đại dạy học, đặc biệt trọng sở lý luận việc dạy giải tập vật lý, - Nghiên cứu tài liệu phần mềm toán học Mathematica - Nghiên cứu nội dung phân phối chương trình kiến thức chương “Dịng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao tài liệu có liên quan nhằm xác định mức độ nội dung kiến thức kỹ học sinh cần đạt - Tìm hiều thực tế dạy học phần kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phát khó khăn giáo viên học sinh, sai lầm phổ biến học sinh Từ đề xuất số nguyên nhân khó khăn nêu biện pháp khắc phục - Soạn thảo hệ thống tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giải sử dụng hệ thống tập vào việc tổ chức dạy học số tập chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học soạn thảo để đánh giá hiệu hệ thống tập xây dựng việc đưa phần mềm toán học Mathematica vào hướng dẫn hoạt động giải tập Phạm vi nghiên cứu Sử dụng phần mềm toán học Mathematica việc dạy giải hệ thống tập lựa chọn dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao Mẫu khảo sát - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học mơn vật lý chương “Dịng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm toán học Mathematica, ứng dụng vào dạy giải tập vật lý chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Đối tượng khảo sát: học sinh lớp 12TN1, 12TN2, 12TN5, 12TN6 trường THPT Việt Đức – Hoàn Kiếm, Hà Nội Câu hỏi nghiên cứu Soạn thảo hệ thống tập tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống tập có sử dụng phần mềm tốn học Mathematica vào chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao góp phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh? Giả thuyết nghiên cứu Nếu học sinh có kiến thức việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica kiến thức vật lý chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, giáo viên soạn thảo hệ thống tập bám sát mục tiêu dạy học tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống tập có sử dụng phần mềm tốn học Mathematica, cách phù hợp góp phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Phƣơng pháp chứng minh luận điểm - Phương pháp nghiên cứu lý luận + Nghiên cứu tài liệu Tâm lý học, Lý luận dạy học, tài liệu phương pháp dạy học môn Vật lý… + Nghiên cứu SGK Vật lý 12 tài liệu khoa học đề cập đến vấn đề “Dòng điện xoay chiều” + Nghiên cứu tài liệu phần mềm toán học Mathematica - Phương pháp nghiên cứu thực tiễn + Điều tra thực tiễn hoạt động dạy giải tập vật lý việc ứng dụng công nghệ thông tin dạy học vật lý số trường THPT Hà Nội + Thực nghiệm sư phạm - Phương pháp thống kê tốn để xử lý thơng tin từ thực nghiệm sư phạm 10 Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo phụ lục, luận văn dự kiến gồm chương: Chương Cơ sở lý luận thực tiễn hoạt động dạy giải tập vật lý phổ thơng có hỗ trợ phần mềm toán học Mathematica Chương Soạn thảo hệ thống tập tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống tập có sử dụng phần mềm tốn học Mathematica vào chương "Dịng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phần phát huy tính tích cực tự chủ, bồi dưỡng lực sáng tạo học sinh Chương Thực nghiệm sư phạm CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THƠNG CĨ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA 1.1 Quan điểm đại dạy học 1.1.1 Quan điểm dạy học Dạy học hai mặt trình thống biện chứng – trình dạy học Tuy hai hoạt động dạy học có cấu trúc khác nhau, lại có mối quan hệ qua lại khăng khít với nhau, tách rời Theo kiểu dạy học truyền thống cũ, điều quan tâm chủ yếu giáo viên trình bày giảng kiến thức cần dạy cho học sinh cho đảm bảo nội dung xác, sâu lắng, đầy đủ Nghĩa theo kiểu dạy học này, trung tâm ý nội dung kiến thức cần dạy Dần dần người nhận rõ quan tâm tới thân nội dung kiến thức dù có trình bày tốt đến đâu chưa phải xác định cách cụ thể học sinh cần đạt khả sau học, cách đảm bảo cho học sinh đạt khả Đó nhược điểm kiểu dạy học cũ Nó hạn chế chất lượng hiệu dạy học Trong thập kỷ qua, để khắc phục nhược điểm kiểu dạy học cũ, giới hình thành quan niệm kiểu dạy học mà trung tâm ý khả năng, hành vi mà người học cần thể được, cần đạt sau học Những khả xem kết mà dạy mang lại người học a Quan niệm mục đích dạy học Quan niệm truyền thống Quan niệm đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Đào tạo trẻ em thành người lớn thơng Xây dựng chương trình đào tạo phù qua người lớn tuổi hơn, hợp với chủ thể, nhằm hình thành người hiểu biết, hình mẫu Lý luận lực chuyên môn, lực xã hội dạy học thiên mệnh lệnh, uy quyền cá nhân, khả hành động Lý luận dạy học trọng lực tự chủ, khả giao tiếp b Quan niệm nội dung dạy học Quan niệm truyền thống Quan niệm đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Các nhà chuyên môn xác định nội Người điều khiển trình dạy học đưa dung quan trọng, từ đề yêu nội dung tiêu biểu, then chốt, cầu, tiêu chuẩn, điều bắt buộc Sự vấn đề có ý nghĩa đối lựa chọn nội dung thiên định hướng với đời sống xã hội Sự lựa chọn nội chuyên môn bắt buộc dung mang tính liên mơn có thỏa thuận người học c Quan niệm phương pháp, phương tiện dạy học Quan niệm truyền thống Quan niệm đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Các phương pháp truyền thụ thông Giờ học phối hợp hoạt động báo chiếm ưu thế, bao gồm định người dạy người học việc lập kế hướng mục đích học tập kiểm tra Các hoạch thực đánh giá Dạy học phương pháp nặng định hướng hiệu theo hướng giải vấn đề định hướng truyền đạt hành động chiếm ưu d Quan niệm đánh giá Quan niệm truyền thống Quan niệm đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Kết học tập đo dự báo với Không phải kết học tập mà nhiều phương pháp khác q trình học tập đối tượng đánh giá chủ yếu Dạy học đánh giá hai thành phần Học sinh tham gia vào trình khác trình dạy học đánh giá Chú trọng khả tái tri thức Chú trọng việc ứng dụng tri thức tình hành động xác Q trình dạy học trình hoạt động giáo viên học sinh tương tác thống biện chứng ba thành phần hệ dạy học bao gồm: Giáo viên – Học sinh – Phương tiện hoạt động dạy học Mỗi hoạt động diễn theo pha: định hướng, chấp hành kiểm tra Cơ sở định hướng hành động có tầm quan trọng đặc biệt với chất lượng hiệu hành động Giáo viên có vai trị quan trọng việc giúp đỡ cho hình thành sở định huớng khái quát hành động học sinh Cơ sở định hướng bao gồm nội dung nhất, cần thiết cho thành công hành động chủ thể Hoạt động dạy giáo viên phải có tác dụng đạo hoạt động học học sinh phù hợp với đường biện chứng hình thành, phát triển hoàn thiện hành động Theo quan điểm xã hội – tâm lý, học hoạt động tác nhân chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành lực thể chất lực tinh thần cá nhân, hình thành phát triển nhân cách cá nhân Sự học trình hình thành phát triển dạng thức hành động xác định thích ứng chủ thể với tình qua chủ thể chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành lực thể chất lực tinh thần cá nhân, hình thành phát triển nhân cách cá nhân Mỗi tri thức học được, có chất lượng phải kết thích ứng người học hoạt động xây dựng nên tri thức với tính cách phương tiện tối ưu giải tình Dạy học dạy hành động (hành động chiếm lĩnh tri thức hành động vận dụng tri thức) dạy học, giáo viên cần tổ chức tình học tập địi hỏi thích ứng học sinh để qua học sinh chiếm lĩnh tri thức đồng thời phát triển trí tuệ nhân cách tồn diện Trong vận hành hệ tương tác dạy học gồm: Người dạy (giáo viên) – Người học (học sinh) – Tư liệu hoạt động dạy học (mơi trường) giáo viên người ổ chức, kiểm tra, định hướng hành động học sinh theo chiến lược hợp lý cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức đồng thời lực trí tuệ nhân cách toàn diện học sinh bước phát triển Có thể mơ tả tương tác dạy học sơ đồ hình sau: Định hướng Giáo viên Liên hệ ngược Học sinh Thích ứng Liên hệ ngược Cung cấp tư liệu tạo tình Tổ chức Tư liệu Hoạt động dạy học (Môi trường) Sơ đồ 1.1: Sự tương tác dạy học Hành động giáo viên với tư liệu hoạt động dạy học tổ chức tư liệu qua cung cấp tư liệu, tạo tình cho hoạt động học sinh Tác động giáo viên tới học sinh định hướng củah giáo viên hoạt động học sinh với tư liệu, định hướng giáo viên với tương tác trao đổi học sinh với qua định hướng cung cấp thơng tin liên hệ ngược từ phía học sinh cho giáo viên Hành động học học sinh với tư liệu hoạt động dạy học thích ứng học sinh với tình học tập, đồng thời hành động chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho Tương tác trực tiếp học sinh với học sinh với giáo viên trao đổi, tranh luận cá nhân nhờ học sinh tranh thủ hỗ trợ từ phía giáo viên tập thể học sinh 1.1.2 Phương pháp dạy học tích cực 1.1.2.1 Dạy học tăng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo thơng qua tổ chức thực hoạt động học tập học sinh Dạy học thay lấy “Dạy” làm trung tâm sang lấy “Học” làm trung tâm Trong phương pháp tổ chức, người học – đối tượng hoạt động “dạy”, đồng thời chủ thể hoạt động “học” – hút vào hoạt động học tập GV tổ chức đạo, thơng qua tự lực khám phá điều chưa rõ, chưa có thụ động tiếp thu tri thức GV đặt 1.1.2.2 Dạy học trọng rèn luyện phương pháp phát huy lực tự học học sinh PPDH tích cực xem việc rèn luyện phương pháp học tập cho HS không biện pháp nâng cao hiệu dạy học mà mục tiêu dạy học Trong xã hội đại biến đổi nhanh, với bùng nổ thông tin khoa học, kỹ thuật, công nghệ phát triển vũ bão khơng thể nhồi nhét vào đầu óc HS khối lượng kiến thức ngày nhiều Trong phương pháp học cốt lõi phương pháp tự học Nếu rèn luyện cho HS có phương pháp, kỹ năng, thói quen, ý chí tự học tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có người, kết học tập nhân lên gấp bội 1.1.2.3 Dạy học phân hóa kết hợp với hợp tác Trong lớp học trình độ kiến thức, tư HS thường khơng thể đồng đều, áp dụng PPDH tích cực buộc phải chấp nhận phân hóa cường độ, mức độ, tiến độ hoàn thành nhiệm vụ học tập, học thiết kế thành chuỗi hoạt động độc lập Áp dụng PPDH tích cực trình độ cao phân hóa lớn Tuy nhiên, học tập, tri thức, kĩ năng, thái độ hình thành hoạt động độc lập cá nhân Lớp học môi trường giao tiếp thầy – trò, trò – trò, tạo nên mối quan hệ hợp tác cá nhân đường chiếm lĩnh nội dung học tập Bảng 1.1 So sánh phương pháp dạy học tích cực phương pháp dạy học thụ động Dạy học thụ động Dạy học tích cực Tập trung vào hoạt động giáo viên Tập trung vào hoạt động học sinh Giáo viên thuyết trình Giáo viên thiết kế tổ chức, định hướng hoạt động học sinh Học sinh lắng nghe lời giản giáo Học sinh chủ động, tích cực tham gia viên, ghi chép học thuộc hoạt động học tập Giáo viên cố gắng truyền đạt hết Giáo viên huy động vốn kiến thức kinh kiên thức kinh nghiệm để nghiệm sống học sinh để xây dựng hoàn thành giảng kiến thức Giao tiếp Thầy – Trò lên hàng đầu Quan hệ Thầy – Trò, Trò – Trò, hợp tác với bạn Học sinh trả lời theo sách giáo khoa Khuyến khích học sinh nêu ý kiến theo ghi cá nhân vấn đề học Giáo viên cho ví dụ mẫu yêu cầu học Học sinh tự xác định vấn đề giải sinh làm trường hợp tương tự vấn đề Khơng phát huy tính tích cực học Khuyến khích học sinh nêu thắc mắc tập học sinh tham gia xây dựng nghe giảng Học sinh lệ thuộc hoàn toàn vào TLGK Học sinh làm tập có sáng tạo thuyết trình giáo viên 10 Giáo viên độc quyền đánh giá cho Giáo viên khuyến khích học sinh nhận điểm cố định, đánh giá theo ghi nhớ xét, bổ sung câu trả lời bạn thơng tin có sẵn 1.2 Những vấn đề lý luận dạy giải tập vật lý 1.2.1 Khái niệm tập vật lí Trong dạy học vật lí, tập vật lí có ý nghĩa vơ quan trọng việc củng cố, đào sâu, mở rộng, hoàn thiện kiến thức mặt lý thuyết rèn luyện 10 ... chiều? ?? sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm toán học Mathematica, ứng dụng vào dạy giải tập vật lý chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ?? sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao -... thảo hệ thống tập có sử dụng phần mềm tốn học Mathematica để giải sử dụng hệ thống tập vào việc tổ chức dạy học số tập chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ?? sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Tiến hành... thống tập tổ chức hoạt động dạy học nhờ sử dụng phần mềm toán học Mathematica số tập vật lý thuộc chương ? ?Dòng điện xoay chiều? ?? sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao 50 CHƢƠNG SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP