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

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
TRẦN THỊ THANH VÂN
SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
ĐƢỢC XÂY DỰNG BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB
ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
VẬT LÝ LỚP 12 BAN NÂNG CAO
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ
Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học
(Bộ môn Vật lý)


HÀ NỘI - 2011
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . Error! Bookmark not defined.
1. Lì do chọn đề tài
2. Mục đìch nghiên cứu
3. Đối tƣợng nghiên cứu
4. Giả thuyết khoa học
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
6. Phạm vi nghiên cứu
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
8. Đóng góp của đề tài
9. Cấu trúc luận văn
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.
1.1. Xu hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học
1.1.1. Đổi mới phương pháp dạy học – xu hướng chung của thế giới
1.1.2. Định hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay
1.2. Dạy học tìch cực
1.2.1. Tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý
1.2.2. Phương pháp dạy học tích cực

1.2.3. Một số kĩ thuật dạy học tích cực cần được sử dụng để nâng cao chất lượng
dạy học
1.3. Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
1.3.1.Giáo dục và công nghệ
1.3.2. Vai trò của CNTT&TT trong giảng dạy nói chung và trong giảng dạy vật lý
1.3.3. Tình hình sử dụng máy tính và khai thác phần mềm để dạy học ở nước ta
hiện nay
1.3.4. Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
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
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 ”
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 ”
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG .
2.1 Tổng quan về mô hính
2.1.1 Định nghĩa mô hình
2.1.2 Chức năng của mô hình trong Vật lý học
2.1.3 Các loại mô hình Vật lý
2.1.4 Phương pháp mô hình trong nghiên cứu vật lý và các giai đoạn của của
nó
2.1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học Vật lý
2.2 Tổng quan về Matlab
2.2.1. Quá trình hình thành và phát triển của Malab
2.2.2 Matlab là ngôn ngữ lập trình
2.2.3 Các đặc điểm chính của ngôn ngữ lập trình Matlab
2.2.4 Các lệnh trong Matlab
2.2.5 Đồ hoạ trong Matlab
2.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hính vật lý học ứng dụng trong giảng dạy .
CHƢƠNG 3: SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC PHẦN

DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ .
3.1. Đặc điểm, cấu trúc, nội dung chƣơng “dao động và sóng điện từ” vật lì 12 Ban
nâng cao
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 .
3.1.2. Nội dung kiến thức chươn g: “Dao động và sóng điện từ”
3.1.3. Mục tiêu về kiến thức và kĩ năng học sinh cần đạt khi học chương “Dao
động và sóng điện từ”
3.2.1. Mạch dao động
3.2.2. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC
3.2.3. Mạch chọn sóng LC
3.2.4. Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian
3.3. Thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm:
3.3.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm
3.3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
3.3.4. Thời điểm thực nghiệm 15/10/2010 đến 17/11/2010 .
3.3.5. Diễn biến thực nghiệm sư phạm
3.3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm
TÀI LIỆU THAM KHẢO .

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 ngƣời. Hoạt động dạy học cùng với những hoạt động khác của xã hội
đƣợc 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 tƣ duy của ngƣời dạy và ngƣời học

ở tất cả các cấp bậc giáo dục.
Việc phát triển năng lực tƣ 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 phƣơng
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 chƣa định hƣớng mục đích học tập. Học sinh tại các
trƣờng Trung học phổ thông ít có điều kiện để đƣợc rèn luyện tƣ duy khoa học,
kĩ năng thu thập và xử lý thông tin. Việc tiếp cận với tin học một cách thƣờng
xuyên sẽ dần hình thành cho học sinh kinh nghiệm về thu thập và xử lý thông
tin, nhƣng chừng đó là chƣa đủ. Vai trò tổ chức hoạt động học tập ứng dụng
công nghệ tin học đòi hỏi ngƣời giáo viên phải hiểu và sử dụng máy tính một
cách thuần thục.
Việc mô phỏng, mô hình hóa các hiện tƣợng Vật lý bằng phần mềm giúp
học sinh nhận thức hiện tƣợng 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 lƣợng
thảo luận và giải quyết các vấn đề thuộc bản chất hiện tƣợng.
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 ngƣời 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 lƣợng thông tin của loài
ngƣời tăng lên nhanh chóng. Việc lựa chọn những thông tin có ích cho công tác

2
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. Nhƣ 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 tƣơng thích và kế thừa
cao. Matlab là phần mềm có thể thỏa mãn đa số các yêu cầu đó, nhất là khi nó
đƣợc kết hợp với các phƣơng pháp dạy học tích cực sẽ thu đƣợc 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 đƣợc xây dựng
bằng ngôn ngữ lập trình Matlab trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh hình
thành tƣ duy logic, giải quyết vấn đề.
Kết hợp với các phƣơng pháp dạy học tích cực để quá trình dạy học đạt
hiệu qủa cao.
Rèn luyện tƣ duy phê phán, phân tích, đối thoại và sáng tạo cho học sinh.
3. Đối tƣợng 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 đƣợc bản chất của vấn
đề, nắm kiến thức không sâu, tiếp thu một cách thụ động do đó không gây hứng
thú cho học sinh. Sử dùng phần mềm Matlab mô hình hóa một số khái niệm cơ
bản, các hiện tƣợng và mối quan hệ giữa các đại lƣợng trong phần dao động và
sóng điện từ và các mô hình này kết hợp với phƣơng 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

3
tạo hơn. Việc mô hình hóa trên góp phần đẩy mạnh quá trình đổi mới phƣơng
pháp giảng dạy bộ môn Vật lý ở trƣờng phổ thông.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý luận của phƣơng pháp mô hình hóa, trong đó tập
trung vào các mô hình lý tƣởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận
động của đối tƣợng vật lý.

Nghiên cứu cơ sở lý luận của các phƣơng pháp dạy học tích cực.
Nghiên cứu nội dung dạy học thuộc phần dao động và sóng điện từ trong
chƣơng trình Vật lý phổ thông.
Nghiên cứu phƣơng pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab.
Thực nghiệm sƣ phạm để đánh giá hiệu quả của phƣơng pháp giảng dạy
sử dụng mô hình đƣợc 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 trƣờng 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 ngƣời học
chủ động giải quyết vần đề khi gặp phải trong quá trình dạy học và giúp ngƣời
dạy có thêm công cụ trong việc dạy vật lý.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phƣơng 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 phƣơng pháp day học tích cực, lựa chọn và
xây dựng pƣơng pháp dạy học tích cực vận dụng trong phần dao động và sóng
điện từ.

4
Sử dụng phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế,
mô phỏng các hiện tƣợng dao động và sóng điện từ phục vụ quá trình dạy học.
Nghiên cứu chƣơng 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 đƣợc khi học phần dao động và sóng điện
từ.

- Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Nghiên cứu quá trình dạy học trong trƣờng THPT nói chung và trƣờng
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 đƣợc 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 trƣờng THPT
8. Đóng góp của đề tài
Góp phần làm sáng tỏ vai trò phƣơng pháp mô hình hóa bằng phần mềm
máy tính trong dạy học Vật lý trong trƣờng phổ thông.
Cung cấp những hiểu biết cơ bản về phần mềm Matlab và ứng dụng của
nó.
Tạo ra một số mô hình có giá trị thực tiễn.
Kết hợp đƣợc phƣơng pháp mô hình với phƣơng pháp dạy học tích cực để
đạt hiệu quả cao trong dạy học.
9. Cấu trúc luận văn
Trên cơ sở nội dung đề tài đã lựa chọn, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn
đƣợc chia thành 3 chƣơng sau:
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài.
Chƣơng 2: Tổng quan về Matlab và các ứng dụng

5
Chƣơng 3: Sử dụng một số mô hình Matlab trong dạy học phần dao động
và sóng điện từ

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

1.1. Xu hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học
1.1.1. Đổi mới phương pháp dạy học – xu hướng chung của thế giới

1.1.2. Định hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay
Các kết quả nghiên cứu tâm lí về khả năng lƣu giữ thông tin của học sinh
và của cho thấy bằng cách đọc chỉ đạt 5%, bằng nghe chỉ đạt 10%, bằng các
phƣơng tiện nghe nhìn đạt 20%, bằng thảo luận đạt 50%. Thu nhận bằng kinh
nghiệm thực hành đạt đƣợc 75%, khi dạy lại cho ngƣời khác có thể đạt 90%.
(Nghiên cứu do National Training Laboratories tiến hành ở Bethel, bang Maine,
Hoa Kỳ).
Trên cơ sở các nghiên cứu, định hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học
ngày nay là hƣớng tới ngƣời học, phát huy tính tích cực, chủ động của ngƣời
học.
Để đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa,
hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, nƣớc ta cần nhanh chóng chuyển từ mô hình
dạy học thụ động sang mô hình dạy học tích cực.
1.1.2.1. Xây dựng cơ sở lý thuyết
1.1.2.2. Hoàn thiện phương pháp dạy học hiện có
1.1.2.3. Sáng tạo các phương pháp mới
1.2. Dạy học tích cực
1.2.1. Tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý

Tính tích cực, tự giác trong quá trình dạy học Vật lý đƣợc tạo ra do mối
liên hệ giữa hoạt động của giáo viên và học sinh trong giờ học môn Vật lý , học
sinh cần hiểu rằng sau mỗi định luật, một tính chất là các thông tin lớn về thực tế
ứng dụng để giải thích các hiện tƣợng trong đời sống hàng ngày. Thông thƣờng
học sinh không có khái niệm đầy đủ về tính chất và đặc điểm của chúng, mà cần

7

có sự điều khiển hoạt động nhận thức học tập của giáo viên cùng với thí nghiệm
vật lý và ứng dụng thực tế.
Hoạt động tích cực nhận thức của học sinh đƣợc xuất hiện trong các khâu
của quá trình dạy học vật lý. Giáo viên phát triển các hoạt động này thông qua
các hình thức tổ chức hoạt động học tập khác nhau( bài giảng, trò chuyện,
xêmina . . .). Trong điều kiện hiện đại, một trong các phƣơng pháp phát triển
tính tích cực nhận thức của học sinh là áp dụng phƣơng pháp dạy học có ứng
dụng CNTT&TT .
1.2.2. Phương pháp dạy học tích cực
Phƣơng pháp dạy học tích cực là một thuật ngữ rút gọn, đƣợc dùng ở
nhiều nƣớc, để chỉ những phƣơng pháp giáo dục - dạy học theo hƣớng phát huy
tính tích cực, chủ động sáng tạo của ngƣời học. “Tích cực” trong phƣơng pháp
tích cực đƣợc dùng với nghĩa là hoạt động, chủ động trái với nghĩa là không hoạt
động, thụ động chứ không dùng trái nghĩa với tiêu cực, thuật ngữ rút gọn
“phƣơng pháp tích cực” hàm chứa cả phƣơng pháp dạy và phƣơng pháp học.
1.2.3. Một số kĩ thuật dạy học tích cực cần được sử dụng để nâng cao chất
lượng dạy học
1.2.4.1.Kĩ thuật dạy học các mảnh ghép
Là kĩ thuật tổ chức hoạt động học tập hợp tác kết hợp giữa cá nhân, nhóm và
liên kết giữa các nhóm
Kĩ thuật này đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau:


8


1.2.4.2. Kĩ thuật khăn phủ bàn
Là kĩ thuật tổ chức hoạt động học tập mang tính hợp tác kết hợp giữa hoạt
động cá nhân và nhóm.
Kĩ thuật này đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau :

1.2.4.3. Kĩ thuật dạy học theo góc
Ý kiến cá nhân
Ý kiến cá nhân

Ý
kiến
cá
nhân

Ý
kiến
cá
nhân


Ý kiến chung của cả
nhóm về chủ đề

9
Là một phƣơng pháp tổ chức hoạt động học tập theo đó học sinh thực hiện
các nhiệm vụ khác nhau tại các vị trí cụ thể trong khoảng không gian lớp học
đảm bảo cho HS học sâu và học thoải mái.
1.2.4.4. Kĩ thuật dạy học theo sơ đồ KWL
Là kĩ thuật dạy học nhằm tạo điều kiện cho ngƣời học nêu đƣợc những
điều đã biết liên quan đến chủ đề, những điều muốn biết về chủ đề trƣớc khi
học và những điều đã học đƣợc sau khi học.
Dựa trên sơ đồ KWL, ngƣời học tự đánh giá đƣợc sự quả tiến bộ của mình
trong việc học, đồng thời GV biết đƣợc kết quả học tập của ngƣời học, từ đó
điều chỉnh việc dạy học cho học sinh (K(known-Điều đã biết) W (what-
Điều muốn biết) L(learn- Điều học đƣợc)).
1.2.4.5. Kĩ thuật dạy học theo bản đồ tư duy
Bản đồ tƣ duy (BĐTD) là hình thức ghi chép sử dụng màu sắc, hình ảnh
để mở rộng và đào sâu các ý tƣởng. BĐTD một công cụ tổ chức tƣ duy nền tảng,
có thể miêu tả nó là một kĩ thuật hình họa với sự kết hợp giữa từ ngữ, hình ảnh,
đƣờng nét, màu sắc phù hợp với cấu trúc, hoạt động và chức năng của bộ não,
giúp con ngƣời khai thác tiềm năng vô tận của bộ não. BĐTD là công cụ đồ họa
nối các hình ảnh có liên hệ với nhau vì vậy có thể vận dụng BĐTD vào hỗ trợ
dạy học kiến thức mới, củng cố kiến thức sau mỗi tiết học, ôn tập hệ thống hóa
kiến thức sau mỗi chƣơng, và giúp cán bộ quản lí giáo dục lập kế hoạch công
tác.
1.3. Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
1.3.1.Giáo dục và công nghệ
1.3.2. Vai trò của CNTT&TT trong giảng dạy nói chung và trong giảng dạy
vật lý
Đối với ngành vật lý, việc ứng dụng CNTT&TT trong giảng dạy vật lý sẽ tạo
ra một bƣớc chuyển cơ bản trong quá trình đổi mới nội dung, phƣơng pháp dạy
học cụ thể.

10
Để phục vụ cho việc đổi mới phƣơng pháp dạy học, giáo viên có thể theo tùy
từng bài giảng, từng mảng kiến thức hoặc tùy theo từng đối tƣợng học sinh mà
vận dụng một cách linh hoạt, sáng tạo CNTT&TT trong từng giờ, từng kiểu bài
lên lớp. Nhờ các công cụ đa phƣơng tiện của máy tính nhƣ: văn bản (text), đồ
họa (graphic), hình ảnh (image), âm thanh (sound), giáo viên sẽ xây dựng đƣợc
bài học sinh động, thu hút đƣợc sự tập trung của học sinh, dễ dàng vận dụng các
phƣơng pháp sƣ phạm: phƣơng pháp dạy học tình huống, phƣơng pháp dạy học
nêu vấn đề . . . Qua đó tăng tính tích cực chủ động của học sinh trong quá trình
học tập.
1.3.3. Tình hình sử dụng máy tính và khai thác phần mềm để dạy học ở nước
ta hiện nay
1.3.3.1. Tình hình sử dụng máy tính ở nước ta hiện nay
1.3.3.2. Khai thác sử dụng một số phần mềm để dạy học môn vật lý
1.3.4. Ưu nhược điểm của ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
1.3.4.1. Ưu điểm
1.3.4.2. Hạn chế
1.4. Mục đích giảng dạy chƣơng dao động và sóng điện từ cho học sinh
phổ thông với sự hỗ trợ của phần mền Matlab
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 ”
Để HS có khả năng chiếm lĩnh và làm chủ kiến thức một cách nhanh, hiệu
quả nhất thì trong quá trình DH ngƣời GV phải đƣa ra phƣơng pháp dạy học
thích hợp; hƣớng ngƣời học đi theo hƣớng phát hiện và giải quyết vấn đề một
cách tự lực, tích cực và đây là một trong số các phƣơng pháp mà chúng tôi đã sử
dụng:
- Khi học về chƣơng dao động điện từ, đây là một chƣơng chủ yếu là lý
thuyết mới nhƣng cũng lại có sự tƣơng đồng với kiến thức của chƣơng “dao
động điều hoà” việc kết hợp giữa phƣơng pháp dạy học tích cực nhƣ phiếu học
tập KWL và cho học sinh quan sát các mô hình giúp các em hiểu đƣợc lý thuyết

11
một cách sâu sắc, hay nhƣ kết thúc chƣơng, sử dụng lƣợc đồ tƣ duy sẽ giúp học
sinh hệ thống đƣợc toàn bộ chƣơng và những khái niệm cần nắm vững.
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 ”
Quá trình tiến hành thiết kế bài giảng có sử dụng phần mềm Matlab phải
đƣợc tiến hành theo các bƣớc nhƣ:
- Xác định mục tiêu của bài học.
- Xác định kiến thức cơ bản và trọng tâm mà HS cần đạt đƣợc trong bài
học.
- Xác định vốn kiến thức, kỹ năng và trình độ tƣ duy của HS.
- Khả năng ứng dụng CNTT của GV và HS. Xác định tình hình cơ sở vật
chất của trƣờng sở tại.
- Mục đích sƣ phạm cần đạt đƣợc sau khi kết thúc bài học.
- Phƣơng pháp dạy học tích cực sẽ sử dụng.

12
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MATLAB VÀ ỨNG
DỤNG
2.1 Tổng quan về mô hình
2.1.1 Định nghĩa mô hình
2.1.2 Chức năng của mô hình trong Vật lý học
2.1.3 Các loại mô hình Vật lý
Mô hình Vật lý thông thƣờng đƣợc chia làm hai loại có chức năng khác
nhau: mô hình vật chất và mô hình lý thuyết.
2.1.4 Phương pháp mô hình trong nghiên cứu vật lý và các giai đoạn của của
nó.
Phƣơng pháp mô hình trong vật nghiên cứu Vật lý có các giai đoạn nhƣ
sau:

Giai đoạn 1: Nghiên cứu những tính chất của đối tƣợng gốc
Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình
Giai đoa
̣
n 3: Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả lý thuyết
Giai đoa
̣
n 4: Thực nghiệm kiểm tra
2.1.5 Phương pháp mô hình trong dạy học Vật lý
Vai trò của mô hình trong dạy học Vật lý
Các mức độ sử dụng phƣơng pháp mô hình trong dạy học Vật lý
2.2 Tổng quan về Matlab
2.2.1. Quá trình hình thành và phát triển của Malab
2.2.2 Matlab là ngôn ngữ lập trình
Matlab là phần mềm cho phép ta viết các chƣơng trình phức tạp bằng cách
nhanh nhất. Mỗi lệnh của nó đƣợc coi nhƣ một chƣơng trình con.
2.2.3 Các đặc điểm chính của ngôn ngữ lập trình Matlab
2.2.4 Các lệnh trong Matlab
2.2.5 Đồ hoạ trong Matlab
2.2.5.1 Ðiểm và đường
2.2.5.2 Kiểu đường, đánh dấu và màu sắc

13
2.2.5.3 Ðồ thị lưới, hộp chứa trục, nhãn và lời chú giải
2.2.5.4 Thao tác với đồ thị
2.2.5.5. Hàm plot3 - Vẽ điểm và đường trong không gian
2.2.5.6 Các hàm vẽ loglog, semilogx và semilogy vẽ các đường trong mặt phẳng
2.2.5.7 Ðồ thị bánh (pie) và đồ thị cột (bar)
2.2.5.8. Vẽ các mặt
2.3 Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lý học ứng dụng trong giảng

dạy
Việc xây dựng các mô hình vật lý học phù hợp với công tác giảng dạy tại
trƣờng Trung học phổ thông phải dựa trên nhiều tiêu chí. Tiêu chí đầu tiên phải
kể đến đó là tính khả thi. Các đối tƣợng, khái niệm, quy luật vận động của thực
thể vật lý rất phong phú, hình thức thể hiện đa dạng và nhìn chung là có độ khó
khác nhau. Việc xây dựng các mô hình vật lý đòi hỏi đầu tƣ nhiều trí tuệ, thời
gian và công sức, không phải giáo viên nào cũng có thể đáp ứng tiêu chí này.
Tiêu chí tiếp theo phải xét đến đó là mô hình vật lý học đƣợc xây dựng có phù
hợp với giảng dạy hay không. Để đảm bảo yêu cầu này, ngƣời xây dựng mô hình
phải dựa vào cơ sở lý luận về phƣơng pháp dạy học mô hình hóa, căn cứ vào nội
dung dạy học và hoàn cảnh cụ thể. Từ những nhận xét trên, ta có thể thấy quy
trình xây dựng một mô hình (ảo) để ứng dụng trong giảng dạy nhƣ sau:
 Xác định mục đích dạy học
 Thiết kế, xây dựng mô hình
 Thiết kế bài giảng có sử dụng mô hình
 Thực nghiệm
 Đánh giá kết quả
 Chỉnh sửa hoặc xây dựng mô hình và bài giảng mới

14
CHƢƠNG 3: SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH MATLAB TRONG DẠY
HỌC PHẦN DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
3.1. Đặc điểm, cấu trúc, nội dung chƣơng “dao động và sóng điện từ” vật lí
12 Ban nâng cao
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
3.1.2. Nội dung kiến thức chươn g: “Dao động và sóng điện từ”
3.1.2.1 Về mạch dao động
3.1.2.2 Về điện từ trường
3.1.2.3 Về sóng điện từ

3.1.2.4 Về nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
3.1.3. Mục tiêu về kiến thức và kĩ năng học sinh cần đạt khi học chương
“Dao động và sóng điện từ”
3.1.3.1 Mục tiêu về kiến thức chương “Dao động và sóng điện từ”
3.1.3.2. Kỹ năng của học sinh khi học chương “Dao động và sóng điện từ”
3.2. Xây dựng một số mô hình Matlab để giảng dạy chƣơng ”Dao động và
sóng điện từ” vật lý 12 nâng cao
3.2.1. Mạch dao động
Mạch dao động là mạch gồm cuộn dây có độ tự cảm
L mắc nối tiếp với tụ điện có điện dung C thành một mạch
kín (gọi là mạch LC).


Hình 3.3 Mạch LC
Điện tích của bản tụ :
q = Q
o
cos(t + ) (3.1)
Dòng điện trong mạch LC:
i =
dt
dq
= -Q
o
sin(t + ) = I
o
cos(t +  +
2

) (3.2)

15
với I
o
= Q
o

u
L
=
C
q
=
tcos(
C
Q
o
) (3.3)
Hiệu điện thế hai đầu cuộn dây
Điện tích q trên bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mạch LC biến thiên
điều hòa cùng tần số theo thời gian; i nhanh pha
2

so với q và u
L
[4].
1
2
3
4

5
6
t

400

200
200
400
dien tich

Hình 3.4 a
1
2
3
4
5
6
t

10 000

5000
5000
10 000
donng dien

Hình 3.4 b

16

1
2
3
4
5
6
t

1.

10
8

5.

10
7
5.

10
7
1.

10
8
hieu dien the hai dau cuon day

Hình 3.4c

Hình 3.5. Sơ đồ biểu diễn đồng thời đồ thị I và q

3.2.2. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC
- Chu kỳ: T =


2
2.
LC
(3.4)
- Tần số: f =
LC2
1
T
1


(3.5)
3.2.3. Năng lượng trong mạch LC
Trong quá trình dao động của mạch LC thì mạch xuất hiện năng lƣợng
điện trƣờng ở tụ C và năng lƣợng từ trƣờng ở cuộn dây. Năng lƣợng điện trƣờng
trên tụ:

17
W
C
=
)t(cos.
C2
Q
C2
q

2
2
o
2

(3.6)
Năng lƣợng từ trƣờng trên cuộn dây:
W
L
=
)t(sin.
C2
Q
)t(sin.
2
Q.L
Li
2
2
o
2
2
o
2
2



(3.7)
Năng lƣợng điện từ

W = W
C
+W
L
=
)t(cos.
C2
Q
2
2
o

+
)t(sin.
C2
Q
2
2
o

=
C2
Q
2
o
= hằng số
(3.8)
Năng lƣợng điện trƣờng và năng lƣợng từ trƣờng có sự chuyển hóa cho
nhau, nhƣng tổng năng lƣợng điện trƣờng và từ trƣờng là không đổi. Nhƣng, trên
thực tế dao động điện từ của mạch LC là dao động tắt dần. Giái trị điện trở R

trên mạch càng lớn thì dao động càng nhanh tắt. Hình 3.6 mạch dao động có điện
trở R
Sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng quá trình dao động điện tắt dần .
Chạy chƣơng trình ta thu đƣợc kết quả trên hình 3.7


Hình 3.7. Sơ đồ mạch dao động tắt dần

18
Muốn mạch dao động không bị tắt dần thì ta phải bù năng lƣợng cho
mạch, phần năng lƣợng bù phải đủng và đủ phần năng lƣợng tiêu hao trong mỗi
chu kì.
3.2.3. Mạch chọn sóng LC
3.2.4. Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian
Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình truyền sóng véc tơ cƣờng độ
điện trƣờng
E
, véc tơ từ trƣờng
B
luôn vuông góc với nhau và vuông góc với
phƣơng truyền sóng[4]
- Trong chân không sóng điện từ truyền đi với vận tốc ánh sáng và với bƣớc
sóng , với  = c.T (3.18)
T = 1/f :chu kỳ của dao động điện từ.
trong đó: c là vận tốc ánh sánh trong chân không
Mô phỏng sự lan truyền của sóng điện từ trong chân không bằng ngôn ngữ
Matlab. Chạy chƣơng trình mô phỏng ta thu đƣợc kết quả nhƣ trên hình 3.14:


Hình 3.14: Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian

19

Trong không gian điện trƣờng và từ trƣờng dao động cùng pha với nhau.
Sóng điện từ cũng tuân theo các định luật phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ khi
truyền từ môi trƣờng này sang môi trƣờng khác.

3.5. Truyền thông bằng sóng điện từ
3.5.1. Nguyên lý thu, phát sóng vô tuyến
3.3. Thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm:
3.3.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm
Việc thực nghiệm sƣ phạm đƣợc tiến hành tại trƣờng THPT Cổ Loa
– Đông Anh – Hà nội với đối tƣợng là học sinh lớp 12 Ban tự nhiên.
Lớp đối chứng là lớp 12A2 có 51 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền
thống, không có sự hỗ trợ của phần mềm toán học Matlab.
Lớp thực nghiệm là lớp 12A3 có 53 học sinh, dạy theo tiến trình đã soạn
thảo có sử dụng phần mềm toán học Matlab để giảng dạy.
Nhìn vào điểm trung bình và độ lệch chuẩn, ta có nhận xét cả hai lớp đều
có học lực tƣơng đối tốt. Mặt bằng kiến thức hai lớp trên là khá tƣơng đƣơng
3.3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Quá trình thực nghiệm sƣ phạm, chúng tôi tiến hành song song, dạy ở lớp
thực nghiệm và lớp đối chứng trong cùng một thời gian, cùng nội dung chƣơng "
Dao động điện từ". Lớp thực nghiệm 12A3 (sĩ số 53) và lớp đối chứng 12A2(sĩ
số 51). Đây là hai lớp có chất lƣợng học sinh là tƣơng đƣơng nhau.
Quá trình thực nghiệm chúng tôi tiến hành phân phối thời gian học nhƣ sau:
1/2 số giờ để học sinh tự học và thảo luận nhóm học sinh, 1/2 số giờ thảo luận
giữa giáo viên và học sinh cả lớp.
Trƣớc mỗi buổi học chúng tôi định hƣớng quá trình học tập của học sinh
bằng cách: nêu ra nội dung kiến thức cần nghiên cứu, bằng các câu hỏi yêu cầu

20
học sinh trả lời vào phiếu, tổ chức thảo luận trong từng nhóm học sinh. Cuối
cùng chúng tôi tổ chức thảo luận với cả lớp.
Quá trình thảo luận, giáo viên thu lại phiếu; kiểm tra sơ bộ các câu trả lời
của học sinh; sơ bộ đánh giá các nội dung học sinh chƣa nắm vững; tiến hành đặt
các câu hỏi thảo luận hƣớng vào các nội dung đó. Cuối buổi học, giáo viên hệ
thống hoá nội dung kiến thức của toàn bộ bài học.
Cuối đợt thực nghiệm sƣ phạm chúng tôi đã cho học sinh làm một bài kiểm
tra 45 phút để sơ bộ đánh giá kết quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo và đánh
giá sự tiến bộ của học sinh trong việc nâng cao chất lƣợng nắm vững kiến thức,
rèn luyện óc sáng tạo của học sinh.
Ngoài ra, để nắm đƣợc ý kiến của học sinh về phƣơng pháp học tập mới
này, chúng tôi tổ chức điều tra để đánh giá về hứng thú của học sinh trong khi
học bằng phƣơng pháp tự học, tự nghiên cứu để chiếm lĩnh tri thức.
3.3.4. Thời điểm thực nghiệm 5/10/2010 đến 25/10/2010
3.3.5. Diễn biến thực nghiệm sư phạm
- Tại lớp đối chứng
Dạy học theo phƣơng pháp thông thƣờng, không có sự hỗ trợ phần mềm
Matlab và phƣơng pháp dạy học tích cực.

- Tại lớp thực nghiệm
Để chuẩn bị cho tiến trình thực nghiệm sƣ phạm diễn ra trong chƣơng
“Dao động và sóng điện từ” Vật Lý 12 nâng cao, chúng tôi yêu cầu học sinh ôn
tập lại chƣơng “Dao động điều hoà”
Ở bài học “Dao động điện từ”, đầu tiên giáo viên hƣớng dẫn học sinh sử
dụng phiếu học tập KWL (phụ lục 2) để nhớ lại những kiến thức cũ và liên kết
hình thành kiến thức mới với sự trợ giúp của mô hình Matlab.
Ở các bài tiếp theo với sự giúp đỡ của mô hình Matlab, học sinh hình thành
kiến thức mới một cách trực quan. Và ở bài tổng kết cuối cùng, chúng tôi chia

21
học sinh thành các nhóm và giao nhiệm vụ cho mỗi nhóm tổng kết lại một bài
trong chƣơng và đồng thời tổng kết lại cả chƣơng sử dụng lƣợc đồ tƣ duy
3.3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm
Để có căn cứ đánh giá chúng tôi đã soạn thảo và tổ chức cho học sinh
làm bài kiểm tra tự luận với thời gian 45 phút sau khi kết thúc chƣơng: “Dao
động và sóng điện từ”. Nội dung bài kiểm tra bao gồm một số kiến thức cơ bản
mà học sinh phải nắm vững và phải vận dụng đƣợc nội dung bài kiểm tra, cũng
có tác dụng giúp chúng tôi một lần nữa thẩm định lại những khó khăn, sai lầm
của học sinh mà chúng tôi tìm hiểu trƣớc đó, đồng thời qua đó làm căn cứ đánh
giá năng lực giải quyết vấn đề, tƣ duy vật lý và tính sáng tạo của học sinh.
* Phân tích số liệu
Sau khi tổ chức cho học sinh làm bài kiểm tra viết chúng tôi tiến hành chấm bài
và xử lí kết quả thu đƣợc theo các phƣơng pháp thống kê toán học.
+ Bảng thống kê số điểm
+ Vẽ đồ thị so sánh giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.
+ Tính các tham số thống kê
- Kết quả kiểm tra học sinh sau thực nghiệm
Bảng 3.2. Kết quả kiểm tra sau khi dạy thực nghiệm
Điểm số
Lớp 12A2(TN)
Lớp 12A3(ĐC)
Tần số (n
i
)
Tổng điểm
Tần số (m
i
)

Tổng điểm
10
18
180
9
90
9
12
108
13
117
8
8
64
10
80
7
7
49
8
56
6
4
24
7
42