Giảng dạy phần cơ học cho học sinh phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán mathematica

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM

TRẦN THỊ NHÀN

GIẢNG DẠY PHẦN CƠ HỌC CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG
CHUYÊN VẬT LÝ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM TOÁN
MATHEMATICA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI - 2008


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM

GIẢNG DẠY PHẦN CƠ HỌC CHO HỌC SINH
PHỔ THÔNG CHUYÊN VẬT LÝ VỚI SỰ HỖ TRỢ
CỦA PHẦN MỀM TOÁN MATHEMATICA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

Chuyên ngành: LÍ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
(BỘ MÔN VẬT LÝ)
MÃ SỐ: 601410
Học viên:

Trần Thị Nhàn

Cao học sư phạm vật lý khoá 1

Cán bộ hướng dẫn:

GS.TS Tơn Tích Ái
PGS.TS Nguyễn Thị Mỹ Lộc

HÀ NỘI - 2008


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU........................................................................................................1
1. Lí do chọn đề tài..........................................................................................1
2. Mục đích nghiên cứu...................................................................................2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu..................................................................................2
4. Đối tƣợng nghiên cứu..................................................................................3
5. Giả thuyết khoa học.....................................................................................3
6. Phƣơng pháp nghiên cứu.............................................................................3
7. Cấu trúc luận văn.........................................................................................4
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOÁN
MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC TẠI CÁC TRƢỜNG TRUNG HỌC
PHỔ THÔNG CHUYÊN................................................................................5
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học.................................................................5
1.2 Vận dụng phƣơng pháp dạy học tích cực trong dạy học vật lý-phƣơng
pháp giải quyết vấn đề...................................................................................13
1.3 Con đƣờng hình thành khái niệm, định luật Vật lý.................................17
1.4 Đổi mới phƣơng pháp dạy học theo quan niệm công nghệ thông tin và
truyền thơng...................................................................................................23
1.5 Phƣơng pháp mơ hình trong dạy học Vật lý............................................27
1.6 Ý đồ sƣ phạm của việc giảng dạy phần cơ học cho học sinh trung học
phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán Mathematica.....32
Chƣơng 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TOÁN MATHEMATICA........35

2.1 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính...................................35
2.2 Mathematica là ngơn ngữ lập trình..........................................................37
2.3 Mathematica là hệ thống biểu diễn các kiến thức tốn học....................38
2.4 Mathematica là mơi trƣờng tính tốn .....................................................39
2.5 Mathematica là cơng cụ trong mơi trƣờng tính toán chuẩn ...................39


2.6 Các tốn tử của Mathematica..................................................................39
2.7 Mathematica trong các tính toán.............................................................41
2.8 Biến đổi các biểu thức lƣợng giác...........................................................43
2.9 Các đơn vị đo, chuyển đổi đơn vị, các hằng số Vật lý............................44
2.10 Các tính tốn giải tích............................................................................45
2.11 Đồ họa trong Mathematica....................................................................48
2.12 Mathematica trong phƣơng pháp số......................................................55
Chƣơng 3: NHỮNG VÍ DỤ CỦA MATHEMATICA TRONG GIẢNG
DẠY PHẦN CƠ HỌC.................................................................................58
3.1 Động lực học chất điểm...........................................................................58
3.2 Chuyển động trong trƣờng hấp dẫn không đổi........................................65
3.3 Chuyển động của hành tinh.....................................................................79
3.4 Sự va chạm.............................................................................................83
3.5 Dao động điều hòa phi tuyến đơn giản....................................................90
3.6 Dao động tắt dần và dao động cƣỡng bức.............................................101
KẾT LUẬN...............................................................................................104
TÀI LIỆU THAM KHẢO


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CNTT

:

Công nghệ thơng tin

DH

:

Dạy học

GV

:

Giáo viên

HS

:

Học sinh

MTDH

:

Mục tiêu dạy học

MTĐT

:

Máy tính điện tử

PMDH

:

Phần mềm dạy học

PPDH

:

Phƣơng pháp dạy học

PPDHTC :
TBDH

:

Phƣơng pháp dạy hc tớch cc

Thiết bị dạy học


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong những năm gần đây tin học phát triển rất mạnh mẽ đã tạo nên
cuộc cách mạng trong mọi hoạt động kinh tế, chính trị, xã hội…..Xác định
rõ tầm quan trọng của tin học, ngày 17-10-2000, Bộ chính trị đã ra chỉ thị

58-CT/TW về đẩy mạnh và phát triển công nghệ thông tin phục vụ sự
nghiệp cơng nghiệp hố, hiện đại hố đất nƣớc.
Trong công tác đào tạo, tin học ảnh hƣởng rất mạnh mẽ. Tin học hố
cơng tác giảng dạy phát triển theo hƣớng làm tăng hàm lƣợng trí tuệ, hiệu
quả đạt đƣợc gắn liền với quá trình cải tiến tổ chức và quản lý cơng tác
giảng dạy. Tin học hố cơng tác giảng dạy không chỉ tiến hành xây dựng
một kết cấu hạ tầng thơng tin mà cịn gắn liền với việc cải tiến phƣơng thức,
hình thức, nội dung giảng dạy, đẩy mạnh việc phát triển và ứng dụng công
nghệ thông tin một cách hiệu quả.
Đổi mới phƣơng thức dạy học không chỉ cung cấp kiến thức mà còn
phải xây dựng năng lực tƣ duy, năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh đồng
thời còn phải rèn luyện cho học sinh phƣơng pháp nghiên cứu khoa học. Tại
các trƣờng phổ thông nói chung và ở các trƣờng chuyên nói riêng học sinh ít
đƣợc tạo điều kiện bồi dƣỡng các phƣơng thức nhận thức, rèn luyện và tƣ
duy khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề.
Học sinh tại các phổ thơng chun nói chung và phổ thơng chun
vật lý nói riêng chủ yếu là những học sinh năng khiếu. Những học sinh này
đều có tƣ chất và có khả năng nhận thức vấn đề nhanh hơn những học sinh
bình thƣờng những kiến thức mới về lĩnh vực đó. Bên cạnh đó những học
sinh năng khiếu thƣờng có biểu hiện vƣợt trội trong việc nhận biết những
điều kiện của bài toán đƣợc cài vào trong cách hành văn và có biểu hiện
sáng tạo trong cách giải các bài toán phức tạp. Nhƣ vậy ta thấy học sinh tại
1


các phổ thơng chun lý thƣờng có ƣu thế về khả năng trực giác. Vì vậy nếu
một học sinh năng khiếu đƣợc học tập một cách hệ thống chu đáo thì sẽ trở
thành học sinh xuất sắc trong lĩnh vực đó và làm tiền đề của tài năng tƣơng
lai.
Với những tính ƣu việt của phần mềm tốn Mathematica nhƣ khả

năng tính tốn, khả năng đồ hoạ cũng nhƣ tính dễ sử dụng của nó trong việc
xây dựng các mơ hình vật lý. Do vậy dùng phần mềm Tốn Mathematica có
thể thiết kế bài giảng một cách trực giác mà không yêu cầu phải hiểu biết
nhiều về tin học.
Xuất phát từ các vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài: “Giảng dạy phần
cơ học cho học sinh trung học phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của
phần mềm Toán Mathematica” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng những quan điểm lý luận hiện đại về việc tổ chức hoạt động
nhận thức của học sinh trong việc mô phỏng một vài hiện tƣợng cơ học, tính
tốn số…theo hƣớng phát triển kĩ năng tƣ duy, năng lực sáng tạo cho học
sinh trung học phổ thơng chun vật lý thơng qua q trình dạy học giải
quyết vấn đề.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lí luận về việc tổ chức quá trình dạy học vật lý nói
chung và q trình dạy học phần cơ học nói riêng theo hƣớng rèn luyện và
phát triển kỹ năng tƣ duy, năng lực sáng tạo với sự hỗ trợ của phần mềm
tốn Mathematic.
- Tìm hiểu vấn đề ứng dụng của máy tính vào dạy học tại các trƣờng
trung học phổ thơng nói chung và trung học phổ thơng chun vật lý nói
riêng.

2


- Nghiên cứu cơ sở lý luận việc ứng dụng phần mềm Tốn
Mathematica thiết kế bài giảng.
- Mơ phỏng các mơ hình vật lý phần cơ học với sự hỗ trợ của phần
mềm Tốn Mathematica theo tiến trình dạy học đã soạn.
- Dự kiến khả năng sử dụng phần mềm Toán Mathematica trong dạy

học phần cơ học đối với phổ thơng chun nói chung và phổ thơng chun
vật lý nói riêng.
-Đề xuất việc xây dựng các mơ hình, mơ phỏng một vài hiện tƣợng cơ
học.
4. Đối tượng nghiên cứu
Hoạt động dạy học của giáo viên và học sinh phổ thông chuyên vật lý
trong quá trình dạy học phần cơ học với sự hỗ trợ của phần mềm Toán
Mathematica.
5. Giả thuyết khoa học
Việc ứng dụng của phần mềm Toán Mathematica một cách hợp lý,
xây dựng các mơ hình mơ phỏng hỗ trợ việc giảng dạy, tổ chức hƣớng dẫn
học sinh giải quyết nhiệm vụ nhận thức, đề xuất vấn đề, thảo luận lựa chọn
phƣơng án giải quyết vấn đề trong quá trình dạy học phần cơ học sẽ có tác
dụng nâng cao chất lƣợng dạy học, rèn luyện và phát triển kĩ năng tƣ duy,
năng lực sáng tạo cho học sinh trung học phổ thơng nói chung và phổ thơng
chun vật lý nói riêng.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1 Nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu các tài liệu lý luận dạy học để làm sáng tỏ những quan
điểm mà đề tài sẽ vận dụng về việc tổ chức tình huống học tập, hƣớng dẫn
học sinh giải quyết vấn đề trong quá trình học tập.

3


- Nghiên cứu chƣơng trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên
và các tài liệu tham khảo xác đinh mức độ nội dung các kiến thức những
khái niệm vật lý phần cơ học mà học sinh trung học phổ thông chuyên cần
nắm vững.
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Mathematica

6.2. Nghiên cứu thực tiễn
- Tìm hiểu việc dạy (thông qua dự giờ, trao đổi với giáo viên) và việc
học (thông qua trao đổi, nghiên cứu các sản phẩm của học sinh) nhằm sơ bộ
đánh giá tình hình dạy học phần cơ học ở trung học phổ thông chuyên vật lý
hiện nay.
- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở
các trƣờng trung học phổ thông chuyên.
-Thực hiện dạy học Vật lý bằng các mơ hình đƣợc xây dựng bởi phần
mêm Tốn Mathematica.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn đã
đƣợc trình bày trong ba chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lí luận của việc ứng dụng phần mềm toán Mathematica
trong dạy học tại các trƣờng trung học phổ thông chuyên.
Chƣơng 2: Giới thiệu về phần mềm Toán Mathematica
Chƣơng 3: Một số ứng dụng của Mathematica trong giảng dạy phần cơ học.

4


Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
TOÁN MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC TẠI CÁC TRƢỜNG
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN.
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học
1.1.1 Bản chất hoạt động học và chức năng của giáo viên trong tổ chức,
kiểm tra, định hướng hoạt động học.
Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và của học sinh
trong sự tƣơng tác thống nhất biện chứng của ba thành phần trong hệ dạy
học, bao gồm : Giáo viên - Học sinh - Phƣơng tiện hoạt động dạy học.
Kiến thức của mỗi ngƣời là do bản thân mình tự xây dựng, là kết quả

hoạt động của bộ óc của chủ thể phản ánh thực tế khách quan. Vì vậy khơng
thể quan niệm sự hình thành kiến thức (sự học) của học sinh chỉ đơn thuần là
sự in vào đầu óc học sinh những kiến thức xem nhƣ cái có sẵn tồn tại độc lập
với học sinh. Không thể coi sự dạy của giáo viên chỉ là sự trình diễn kiến
thức, chỉ cần cố gắng sao cho trình diễn đƣợc chính xác, rõ ràng, trực quan
và đầy đủ sao cho in vào đầu óc học sinh đƣợc đúng câu chữ nhƣ thế. Nhƣ
vậy thì khơng thể đảm bảo cho học sinh thực sự nắm đƣợc nghĩa của kiến
thức. [10, tr 18]
Cũng không thể quan niệm thực chất của sự học là ở chỗ ngƣời học
đạt đƣợc (thể hiện ra đƣợc) những hành vi xác định nào đó. Theo quan điểm
tâm lý học tƣ duy thì sự học là một sự phát triển về chất của cấu trúc hành
động. Cùng một biểu hiện hành vi bề ngoài giống nhau nhƣng chất lƣợng,
hiệu quả của sự học (đối với kiến thức lĩnh hội đƣợc cũng nhƣ đối với sự
phát triển tiềm lực của học sinh) vẫn có thể khác nhau, tuỳ thuộc vào sự phát
triển của cấu trúc hành động học của chủ thể. Ở đây hành vi đƣợc xem nhƣ
biểu hiện ra ngoài của kết quả hành động, cịn cách thức để đạt tới kết quả
đó đƣợc xem nhƣ cấu trúc bên trong của hành động.
5


Hoạt động của chủ thể tồn tại tƣơng ứng với động cơ thúc đẩy hoạt
động đó. Hoạt động bao gồm một hệ thống các hành động tƣơng ứng với
một mục đích cụ thể và mỗi hành động gồm các thao tỏc tng ng vi iu
kin, phng tin c th.
hoạt động

Động cơ

Hành động

Mục đích

điều kiện

thao tác

ph-ơng tiện

Hình 1

Mi hot ng din ra theo các pha: định hƣớng, chấp hành và kiểm
tra. Cơ sở định hƣớng của hoạt động có tầm quan trọng đặc biệt với chất
lƣợng, hiệu quả của hoạt động. Giáo viên có vai trị quan trọng trong việc
giúp đỡ cho sự hình thành cơ sở định hƣớng khái quát hoạt động của học
sinh. Cơ sở định hƣớng bao gồm những nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất
cho sự thành công của hoạt động. Hoạt động dạy của giáo viên phải có tác
dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phù hợp với con đƣờng biện chứng
của sự hình thành, phát triển và hồn thiện của hành động.
Theo quan điểm xã hội - tâm lý, học là hoạt động của cá nhân chiếm
lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh
thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách của cá nhân.

6


Sự học là quá trình hình thành và phát triển của các dạng thức hành
động xác định là sự thích ứng của chủ thể với tình huống qua đó chủ thể
chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng
lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách cá nhân. Mỗi
tri thức mới học đƣợc, có chất lƣợng phải là kết quả của sự thích ứng của

ngƣời học với những tình huống mới xác định. Chính q trình thích ứng
này của ngƣời học là hoạt động xây dựng nên tri thức mới với tính cách là
phƣơng tiện tối ƣu giải quyết tình huống.
Dạy học là dạy hoạt động (hoạt động chiếm lĩnh tri thức và hoạt động
vận dụng tri thức) và do đó trong dạy học, giáo viên cần tổ chức các tình
huống học tập địi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm
lĩnh đƣợc tri thức đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách tồn diện của
mình.
Trong sự vận hành của hệ tƣơng tác dạy học gồm: Ngƣời dạy (giáo
viên) - Ngƣời học (học sinh) - Hoạt động dạy học thì giáo viên là ngƣời tổ
chức, kiểm tra, định hƣớng hành động của học sinh theo một chiến lƣợc hợp
lý sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức của mình và do đó
đồng thời năng lực trí tuệ và nhân cách tồn diện của học sinh từng bƣớc
phát triển.
Có thể mô tả sự tƣơng tác dạy học bằng sơ đồ nhƣ hình 2:

7


Định h-ớng

Giáo viên

Tổ chức

Học sinh

Liên hệ ng-ợc

Liên hệ ng-ợc

Thích ứng
Cung cấp t- liệu

Hoạt động dạy học

tạo tình huống

Hình 2

Hnh ng của giáo viên với hoạt động dạy học là tổ chức tƣ liệu và
qua đó cung cấp tƣ liệu, tạo tình huống cho hoạt động của học sinh. Tác
động của giáo viên tới học sinh là sự định hƣớng của giáo viên đối với hoạt
động của học sinh với tƣ liệu, định hƣớng của giáo viên với sự tƣơng tác
trao đổi giữa học sinh với nhau và qua đó định hƣớng cả sự cung cấp những
thông tin liên hệ ngƣợc từ phía học sinh cho giáo viên.
Hành động học của học sinh với hoạt động dạy học là sự thích ứng
của học sinh với tình huống học tập, đồng thời là hành động chiếm lĩnh, xây
dựng tri thức cho mình. Tƣơng tác trực tiếp của học sinh với nhau và giữa
học sinh với giáo viên là sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân và nhờ đó
học sinh tranh thủ sự hỗ trợ từ phía giáo viên và tập thể học sinh.
1.1.2 Đổi mới phương pháp dạy học.
1.1.2.1 Quan điểm dạy học.
Quan điểm dạy học: là những định hƣớng tổng thể cho các hành động
phƣơng pháp, trong đó có sự kết hợp giữa các nguyên tắc dạy học làm nền
tảng, những cơ sở lí thuyết của lí luận dạy học, những điều kiện dạy học và
tổ chức cũng nhƣ những định hƣớng về vai trò của giáo viên và học sinh
8

trong quá trình dạy học. Quan điểm dạy học là những định hƣớng mang tính
chiến lƣợc, cƣơng lĩnh, là mơ hình lí thuyết của phƣơng pháp dạy học.
Những quan điểm dạy học cơ bản: DH giải tích minh hoạ, DH gắn với kinh
nghiệm, DH kế thừa, DH định hƣớng học sinh, DH định hƣớng hành động,
DH định hƣớng hành động, DH định hƣớng mục tiêu, DH giải quyết vấn đề,
DH theo tình huống, DH giao tiếp, DH nghiên cứu, DH khám phá, DH mở.
[4, tr. 29]
1.1.2.2 Tiến trình dạy học
Tiến trình dạy học mơ tả cấu trúc của q trình dạy học theo một trình
tự xác định của các bƣớc dạy học, quy định tiến trình dạy học, quy định tiến
trình thời gian, tiến hành logic hành động. Tiến trình DH còn đƣợc gọi là các
bƣớc dạy học hay tiến trình lí luận dạy học, tiến trình phƣơng pháp.
1.1.2.3. Phương pháp dạy học
Thuật ngữ phƣơng pháp bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp (methodos) có
nghĩa là con đƣờng để đạt mục đích. Theo đó PPDH là con đƣờng để đạt
mục đích dạy học.
PPDH là cách thức hành động của giáo viên và học sinh trong quá
trình dạy học. Cách thức hành động bao giờ cũng diễn ra trong những hình
thức cụ thể. Cách thức và hình thức khơng tách nhau một cách độc lập.
PPDH là những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viên và học sinh
trong những điều kiện dạy học xác định nhằm đạt mục đích dạy học. PPDH
là những hình thức và cách thức, thơng quan đó và bằng cách đó GV và HS
lĩnh hội những hiện thực tự nhiên và xã hội xung quanh trong những điều
kiện học tập cụ thể.
1.1.2.4. Định hướng đổi mới PPDH
Hiện nay trong toàn ngành giáo dục đã và đang thực hiện đổi mới
PPDH. Chỉ có đổi mới căn bản phƣơng pháp dạy học chúng ta mới có thể
9

tạo đƣợc sự đổi mới thực sự trong giáo dục, mới có thể đào tạo lớp ngƣời
năng động, sáng tạo, có tiềm năng cạnh tranh trí tuệ trong bối cảnh nhiều
nƣớc trên thế giới đang hƣớng tới nền kinh tế tri thức.
Định hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy và học đã đƣợc xác định trong
Nghị quyết trung ƣơng 4 khoá VII (1-1993), Nghị quyết trung ƣơng 2 khoá
VII (12-1996), đƣợc thể chế trong luật giáo dục (2005) đƣợc cụ thể hoá
trong các chỉ thị của Bộ Giáo dục và Đào Tạo, đặc biệt chỉ thị số 14 (41999).
Luật Giáo dục, điều 28.2 ghi “Phương pháp giáo dục phổ thông phải
phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với
đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả
năng làm việc theo nhóm, vận dụng kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực
tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học
sinh”.
Có thể nói cốt lõi của đối mới dạy và học là hƣớng tới hoạt động học
tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động.
Đổi mới PPDH ở trƣờng phổ thông nên đƣợc thực hiện theo các định hƣớng
sau:
- Bám sát mục tiêu giáo dục phổ thông
- Phù hợp với nội dung dạy học cụ thể
- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi HS
- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trƣờng.
- Phù hợp với việc kiểm tra, đánh giá kết quả dạy-học.
- Kết hợp giữa viêc tiếp thu và sử dụng có chọn lọc, có hiệu quả các
PPDH tiên tiến, hiện đại với việc khai thác những yếu tố tích cực của
các PPDH truyền thống.

10


- Tăng cƣờng sử dụng các PTDH, TBDH và đặc biệt lƣu ý đến những

ứng dụng của công nghệ thông tin.
1.1.2.5 Mục đích của đổi mới PPDH
Việc thực hiện đổi mới chƣơng trình giáo dục phổ thơng địi hỏi phải
đổi mới đồng bộ từ mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp, PTDH đến cách thức
đánh giá kết quả dạy học, trong đó đổi mới PPDH đƣợc coi là khâu đột phá.
Mục đích của việc đổi mới PPDH ở trƣờng phổ thơng là thay đổi lối
dạy học truyền thụ một chiều sang dạy học theo “phƣơng pháp dạy học tích
cực” (PPDHTC) nhằm giúp HS phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động,
sáng tạo, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng
vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong
thực tiễn; tạo niềm tin, niềm vui, hứng thú trong học tập. Làm cho “học” là
quá trình kiến tạo; HS tìm tịi, khám phá, phát hiện, luyện tập, khai thác và
xử lý thơng tin….tự hình thành hiểu biết, năng lực và phẩm chất. Tổ chức
hoạt động nhận thức cho HS, dạy HS cách tìm ta chân lí. Chú trọng hình
thành năng lực (tự học, sáng tạo, hợp tác…) dạy phƣơng pháp và kĩ thuật lao
động khoa học, dạy cách học. Học để đáp ứng những yêu cầu của cuộc sống
hiện tại và tƣơng lai. Những điều đã học cần thiết, bổ ích cho bản thân HS và
cho sự phát triển xã hội [4. tr 30]
PPDHTC đƣợc dùng với nghĩa là hoạt động, chủ động, trái với không
hoạt động, thụ đông, PPDHTC hƣớng tới việc tích cực hố hoạt động nhận
thức của HS nghĩa là hƣớng vào phát huy tính tích cực, chủ động của ngƣời
học chứ không chỉ hƣớng vào việc phát huy tính tích cực của ngƣời dạy.
Muốn đổi mới cách học, phải đổi mới cách dạy. Cách dạy quyết định
cách học, tuy nhiên, thói quen học tập thụ động của học sinh cũng ảnh
hƣởng đến cách dạy của thầy. Mặt khác, cũng có trƣờng hợp học sinh mong
muốn đƣợc học PPDHTC nhƣng giáo viên chƣa đáp ứng đƣợc. Do vậy, GV
11


cần phải đƣợc bồi dƣỡng, phải kiên trì cách dạy theo PPDHTC, tổ chức các

hoạt động nhận thức từ đơn giản đến phức tạp, từ thấp đến cao, hình thành
thói quen cho HS. Trong đổi mới phƣơng pháp phải có sự hợp tác của thầy
và trò, sự phối hợp hoạt động dạy với hoạt động học thì mới có kết quả.
PPDHTC hàm chứa cả phƣơng pháp dạy và phƣơng pháp học.
Vai trị chỉ đạo của giáo viên: giáo viên khơng cịn đóng vai trị đơn
thuần là ngƣời truyền đạt kiến thức mà trở thành ngƣời thiết kế, tổ chức,
hƣớng dẫn các hoạt động học tập của học sinh.

12


Bảng 1. So sánh phương pháp dạy học tích cực và phương pháp dạy học
thụ động
Dạy học thụ động

Dạy học tích cực

1. Tập trung vào hoạt động của giáo
viên

1. Tập trung vào hoạt động của
học sinh

2. Giáo viên thuyết trình là chính.

2. Giáo viên thiết kế tổ chức,
định hƣớng các hoạt động của
học sinh

3. Học sinh lắng nghe lời giảng của

giáo viên, ghi chép và học thuộc.

3. Học sinh chủ động, tích cực
tham gia hoạt động học tập

4. Giáo viên cố gắng truyền đạt hết
những kiến thức và kinh nghiệm của
mình để hồn thành bài giảng

4. Giáo viên huy động vốn kiến
thức và kinh nghiệm sống của
học sinh để xây dựng kiến thức.

5. Giao tiếp Thầy- Trò nổi lên hàng
đầu

5. Quan hệ Thầy – Trò; trò – trò,
hợp tác với bạn.

6. Học sinh trả lời theo sách giáo
khoa và theo vở ghi

6. Khuyến khích học sinh nêu
những ý kiến cá nhân về vấn đề
đang học

7. Giáo viên cho ví dụ mẫu rồi yêu
cầu học sinh làm những trƣờng hợp
tƣơng tự

7. Học sinh tự xác định vấn đề
và giải quyết vấn đề.

8. Khơng phát huy đƣợc tính tích
cực học tập của học sinh tham gia
xây dựng bài.

8. Khuyến khích học sinh nêu
thắc mắc trong khi nghe giảng

9. Học sinh lệ thuộc hồn tồn vào
TLGK và sự thuyết trình của giáo
viên.

9. Học sinh làm bài tập có sáng
tạo

10. Giáo viên độc quyền đánh giá và 10. Giáo viên khuyến khích học
cho điểm cố định, đánh giá theo sự sinh nhận xét, bổ sung câu trả
ghi nhớ thơng tin có sẵn.
lời của bạn
Qua sự so sánh này có thể đƣa ra đặc trƣng của các PPDHTC
-Dạy học tăng cƣờng phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo
thơng qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của HS.

13


- Dạy và học chú trọng rèn luyện phƣơng pháp và phát huy năng lực
tự học của HS.

- Dạy học phân hoá kết hợp với học tập hợp tác
- Kết hợp đánh giá của thầy với đánh giá của bạn, với tự đánh giá.
- Tăng cƣờng khả năng, kĩ năng vận dụng vào thực tế.
- Đem lại niềm vui, tạo hứng thú trong học tập cho học sinh, đạt hiệu
quả cao.
1.2 Vận dụng phương pháp dạy học tích cực trong dạy học vật lýphương pháp giải quyết vấn đê.
Tiến trình giải quyết một vấn đề khoa học kỹ thuật của nhà bác học có
thể hình dung sơ lƣợc nhƣ sau:
- Xác định rõ nội dung, yêu cầu của vấn đề cần giải quyết, những điều
kiện đã cho và mục đích cần đạt tới.
- Tìm hiểu xem trong kho tàng kiến thức, kinh nghiệm của lồi ngƣời đã
có cách giải quyết vấn đề đó hoặc vấn đề tƣơng tự chƣa.
- Nếu đã có thì liệt kê tất cả những giải pháp đã có và lựa chọn một giải
pháp thích hợp.
- Nếu chƣa có thì đề xuất ra giải pháp mới hay xây dựng kiến thức
phƣơng tiện mới dùng làm công cụ để giải quyết vấn đề.
- Thử nghiệm áp dụng kiến thức đã lựa chọn, giải pháp đã lựa chọn vào
thực tiễn để đánh giá hiệu quả của nó, từ đó bổ sung hoàn thiện kiến thức đã
xây dựng, giải pháp đã đề xuất.
Có thể phỏng theo tiến trình giải quyết một vấn đề khoa học kỹ thuật
của nhà bác học để tổ chức quá trình dạy học ở trƣờng phổ thơng nhằm hình
thành ở học sinh năng lực giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, để thành công phải
chú ý những điểm khác nhau giữa nhà bác học và học sinh trong khi giải
quyết vấn đề:
14


- Về động cơ, hứng thú, nhu cầu: Nhà bác học khi giải quyết vấn đề đã
tự xác định đƣợc rõ mục đích, tự nguyện đem hết sức mình giải quyết vấn đề
đặt ra, coi đó là nhu cầu bức thiết của cá nhân. Còn học sinh, động cơ, hứng

thú đang đƣợc hình thành, ý thức về mục đích, trách nhiệm cịn mờ nhạt, do
đó chƣa tập trung chú ý đem hết sức mình để giải quyết vấn đề học tập.
- Về năng lực giải quyết vấn đề: Khi chấp nhận giải quyết một vấn đề,
nhà bác học đã có trình độ, kỹ năng, kỹ xảo cần thiết. Tuy nhiên, nhiều khi
nhà bác học cũng cịn phải tích luỹ thêm kinh nghiệm, sáng tạo thêm phƣơng
tiện lý thuyết và phƣơng tiện vật chất để hoạt động. Còn đối với học sinh,
đây mới là bƣớc đầu làm quen với việc giải quyết một vấn đề khoa học. Vấn
đề đặt ra cho học sinh phải giải quyết cũng giống vấn đề của nhà bác học
nhƣng kinh nghiệm, kiến thức, năng lực của họ còn rất hạn chế.
- Về thời gian dành cho việc giải quyết vấn đề: Những kiến thức mà
học sinh cần chiếm lĩnh là những kiến thức mà nhiều thế hệ bác học đã phải
trải qua một thời gian dài mới đạt đƣợc và mỗi nhà bác học cũng chỉ góp
một phần nhỏ vào lâu đài khoa học đó. Cịn học sinh chỉ đƣợc dành một thời
gian ngắn đã phải phát hiện ra một định luật vật lý. Đó là điểm quá sức mà
ngay cả các bậc thiên tài cũng khó làm đƣợc.
- Về phƣơng tiện làm việc: Nhà khoa học có trong tay hoặc phải tạo ra
những phƣơng tiện chun dùng có độ chính xác cao và những điều kiện
thích hợp nhất để giải quyết vấn đề. Cịn học sinh chỉ có những phƣơng tiện
thơ sơ ở trƣờng phổ thơng với độ chính xác thấp, chỉ có điều kiện làm việc
tập thể ở lớp hay ở phòng thực hành, có khi khơng thể lặp đi lặp lại nhiều
lần. [11. tr 20]
Những điều phân tích trên đây dẫn đến kết luận là: Học sinh khơng
thể hồn tồn tự lực xây dựng kiến thức khoa học đƣợc mà cần phải có sự
giúp đỡ của giáo viên.
15


Sự giúp đỡ của giáo viên không phải là giảng giải, cung cấp cho học
sinh những kiến thức có sẵn mà là tạo điều kiện cho họ có thể trải qua các
giai đoạn chính của q trình giải quyết vấn đề và tự thực hiện một số khâu

trong quá trình đó, động viên, khuyến khích học sinh kịp thời.
Nhƣ vậy, quá trình học tập của học sinh thực chất là quá trình hoạt
động tự lực trong sự phối hợp của tập thể lớp và sự giúp đỡ, hƣớng dẫn của
giáo viên, liên tiếp giải quyết các vấn đề do nhiệm vụ học tập đề ra, kết quả
quá trình giải quyết vấn đề đó là học sinh chiếm lĩnh đƣợc kiến thức và phát
triển đƣợc năng lực của mình.
Vấn đề quan trọng nhất của phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề là
tạo nên một chuỗi những "tình huống vấn đề ", " tình huống học tập" và việc
tổ chức, hƣớng dẫn học sinh giải quyết những vấn đề học tập đó một cách
sáng tạo, có những nét cơ bản của sự tìm tịi khoa học. Nhờ vậy, nó đảm bảo
cho học sinh lĩnh hội vững chắc những cơ sở khoa học, phát triển năng lực
tƣ duy sáng tạo và hình thành cơ sở thế giới quan khoa học.
" Tình huống vấn đề" hay " tình huống học tập " là trạng thái tâm lý
xuất hiện khi con ngƣời gặp phải tình huống khó khăn giải quyết mà bằng tri
thức đã có, bằng cách thức đã biết khơng thể thực hiện đƣợc mà đòi hỏi phải
xây dựng tri thức mới và cách thức hành động mới. Nói cách khác, tình
huống vấn đề hay tình huống học tập là trạng thái tâm lý khi học sinh gặp
phải mâu thuẫn giữa điều đã biết và điều chƣa biết nhƣng muốn biết. Có thể
phân ra nhiều loại tình huống vấn đề, nhƣng có những loại tình huống học
tập sau:
 Tình huống phát triển hồn chỉnh: Học sinh đứng trƣớc một vấn đề
chỉ mới giải quyết đƣợc một phần, một bộ phận, trong một phạm vi
hẹp; cần phải tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng thêm sang

16


những phạm vi mới, lĩnh vực mới.
 Tình huống lựa chọn: Học sinh đứng trƣớc một vấn đề có một số dấu
hiệu quen thuộc, có liên quan đến một số kiến thức hay một số

phƣơng pháp giải quyết đã biết, nhƣng chƣa chắc chắn là có thể dùng
phƣơng pháp nào để giải quyết vấn đề sẽ có hiệu quả. Học sinh cần
phải lựa chọn, thử xem kiến thức nào, phƣơng pháp nào có hiệu quả
để giải quyết vấn đề đặt ra.
 Tình huống bế tắc: Học sinh đứng trƣớc vấn đề khơng có một dấu
hiệu nào liên quan đến kiến thức, phƣơng pháp học sinh đã biết. Học
sinh buộc phải xây dựng kiến thức mới, phƣơng pháp mới để giải
quyết vấn đề.
 Tình huống " tại sao" : Trong nhiều trƣờng hợp, học sinh quan sát
các hiện tƣợng Vật lý trái với những suy nghĩ thông thƣờng, "trái"
với những kiến thức học sinh đã biết hoặc chƣa gặp bao giờ và
khơng biết dựa vào đâu mà lí giải. Để trả lời câu hỏi, học sinh cần
phải xây dựng kiến thức mới. Đòi hỏi học sinh phải vận dụng kiến
thức và kỹ năng vốn có để giải quyết vấn đề đặt ra. Học sinh phải tìm
ra đƣợc các mối liên hệ đặc biệt là mối liên hệ nhân quả, tìm ra đƣợc
nguyên nhân dẫn đến kết quả đó.
Vài nét đặc trƣng cơ bản của phƣơng pháp dạy học giải quyết vấn đề là:
 Đặc trƣng cơ bản của dạy học đặt và giải quyết vấn đề là "tình
huống có vấn đề", "tình huống học tập"
 Đặc trƣng thứ hai của phƣơng pháp là chia quá trình thực hiện
thành những giai đoạn, những bƣớc có tính mục đích chun biệt.
 Đặc trƣng thứ ba của phƣơng pháp là có những cách tổ chức đa

17


dạng

Cấu trúc một bài học dạy học giải quyết vấn đề thƣờng nhƣ sau:
1. Đặt vấn đề, xây dựng bài tốn nhận thức.

- Tạo tình huống có vấn đề
- Phát hiện và nhận dạng vấn đề nảy sinh
- Phát biểu vấn đề cần giải quyết
2. Giải quyết vấn đề đặt ra
- Đề xuất các giả thuyết
- Lập kế hoạch giải quyết vấn đề
- Thực hiện kế hoạch giải quyết vấn đề
- Thảo luận kết quả và đánh giá
- Khẳng định hay bác bỏ giả thuyết đã nêu
- Phát biểu kết luận
- Đề xuất vấn đề mới
Nói tóm lại, trong dạy học giải quyết vấn đề giáo viên đƣa học sinh
vào tình huống có vấn đề rồi giúp học sinh tự lực giải quyết vấn đề đặt ra.
Bằng cách đó, học sinh vừa nắm đƣợc tri thức mới, vừa nắm đƣợc phƣơng
pháp đi tới tri thức đó, lại vừa phát triển tƣ duy tích cực, sáng tạo và có khả
năng vận dụng tri thức vào giải quyết tình huống mới.
Dạy học giải quyết vấn đề không chỉ giới hạn ở phạm trù phƣơng pháp
dạy học. Việc áp dụng dạy học giải quyết vấn đề đòi hỏi phải đổi mới cả nội
dung, đổi mới cách tổ chức quá trình dạy học trong mối liên quan thống nhất
với phƣơng pháp dạy học.
1.3 Con đường hình thành khái niệm và định luật vật lý
18


Vật lý học là mơn khoa học giải thích các hiện tƣợng xảy ra trong tự
nhiên về mặt Vật lý. Đối tƣợng của Vật lý học là những lớp hiện tƣợng rất
phong phú trong tự nhiên mang tính chất nhân quả một cách tƣờng minh. Sơ
khai các triết gia hi lạp gọi Vật lý học là phép Triết lý về tự nhiên. Ngày nay,
ngoại trừ các hiện tƣợng thuộc phạm vi tƣơng tác giữa các nguyên tử dẫn
đến chuyển hoá các chất (Hoá học và Sinh học), hoặc các hiện tƣợng thuộc

phạm vi hiện hành và phát triển của trái đất (Địa chất) đã dần dần tách ra
những ngành khoa học chuyên biệt, còn hầu hết các hiện tƣợng trong tự
nhiên vẫn là đối tƣợng của Vật lý học.
1.3.1 Con đường hình thành khái niệm Vật lý
Trong lịch sử vật lý học ta thấy con đƣờng phát hiện và tìm ra các đặc
tính của sự vật, hiện tƣợng rất phong phú, đa dạng, phức tạp và nhiều khi rất
quanh co trong một thời gian rất lâu dài. Chính vì vậy, ta chỉ nghiên cứu một
cách chung nhất các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành điển hình
của quá trình hình thành khái niệm Vật lý. Những giai đoạn đó là: phát hiện
đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc điểm định lƣợng, định nghĩa khái niệm, đơn vị
đo, vận dụng vào thực tiễn.
Bốn giai đoạn đó đƣợc tiến hành nhƣ sau:
Giai đoạn 1: Phát hiện đặc điểm định tính của khái niệm
Khi gặp một sự vật, hiện tƣợng mới lạ hoặc đặc tính mới nào đó của
sự vật, hiện tƣợng mà ta không thể dùng các khái niệm cũ để hiểu đƣợc nó.
Khi đó ta buộc phải đƣa ra một khái niệm mới và khái niệm mới này dùng
để đặc trƣng cho tính chất mới nào đó của sự vật hiện tƣợng.
Giai đoạn 2: Chỉ ra đặc điểm định lƣợng của khái niệm
Điều đó chính là ta chỉ ra các mối liên hệ định lƣợng của khái niệm
mới với các khái niệm cũ và cách xác định giá trị của các khái niệm mới.
Với yêu cầu “đặc điểm định lƣợng phải thống nhất với đặc điểm định tính và
19


phản ánh đƣợc đặc điểm định tính”. Mối liên hệ giữa đặc điểm dịnh lƣợng
mới với đặc điểm định lƣợng cũ thƣờng đƣợc thể hiện bằng những cơng thức
tốn học. Có hai cách để tìm ra đặc điểm định lƣợng:
Cách 1: Xuất phát từ đặc điểm định tính. Phân tích mối liên hệ giữa
các khái niệm cũ và mới để tìm ra biểu thức định lƣợng giữa các khái niệm
cũ. Biểu thức này có sự liên hệ mật thiết với đặc tính mới (nếu các đặc tính

mới có biểu hiện mạnh lên hoặc yếu đi thì biểu thức cũng sẽ lớn lên hoặc
nhỏ đi hoặc ngƣợc lại).
Cách 2: Xuất phát từ các đại lƣợng và các định luật đã biết để khảo sát
hiện tƣợng mới rồi rút ra một biểu thức ln ln có giá trị khơng đổi mặc
dù các đại lƣợng có mặt trong biểu thức đó thay đổi (tức là chỉ phụ thuộc
bản thân hiện tƣợng mà không phụ thuộc vào điều kiện bên ngồi). Phân tích
biểu thức đó ra sẽ biết đƣợc nó đặc trƣng cho tính chất nào đó của sự vật,
hiện tƣợng và tìm đƣợc đặc điểm của khái niệm.
Cách 3: Nhiều khi các đặc điểm định lƣợng của khái niệm xuất hiện
đồng thời với các định luật vật lý biểu hiện mối quan hệ của các khái niệm
cũ và mới.
Giai đoạn 3: Định nghĩa đại lƣợng vật lý
Khi định nghĩa một khái niệm ta phải thực hiện hai nhiệm vụ:
- Phân biệt sự vật cần định nghĩa với tất cả những sự vật khác tiếp cận với
nó,
- Vạch ra các dấu hiệu bản chất của sự vật cần định nghĩa (nội hàm của khái
niệm)
Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo
- Đo một đại lƣợng vật lý phải thoả mãn hai yêu cầu: nghĩa là phải
chọn đƣợc một “vật mẫu” để so sánh nó với vật khác có đặc điểm định
lƣợng bằng đặc điểm định lƣợng của vật mẫu.
20