Sử dụng phần mềm toán học mathematica trong giảng dạy bài tập chương điện tích điện trường vật lí 11 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ THỊ HUYỀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA
TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƢƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH –
ĐIỆN TRƢỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC
TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI - 2014
1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ THỊ HUYỀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA
TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƢƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH –
ĐIỆN TRƢỜNG’’ VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC
TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC
(Bộ môn Vật lí)
Mã số: 60 14 01 11

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS. TS TÔN TÍCH ÁI

HÀ NỘI - 2014

2


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với GS - TS Tôn Tích Ái - ngƣời thầy đã tận
tâm dạy bảo và hƣớng dẫn, giúp đỡ em trong quá trình thực hiện đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô tại Trƣờng Đại học Giáo dục - ĐHQG Hà
Nội đã tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Kết quả của
luận văn có sự đóng góp không nhỏ của BGH, các thầy cô giáo và đồng nghiệp và các em
học sinh trƣờng THPT Lý Tử Tấn - Thƣờng Tín - Hà Nội. Xin chân thành cảm ơn sự giúp
đỡ và tạo điều kiện thuận lợi đó.
Có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay tôi phải kể đến công sức của cả gia đình, những
ngƣời thân yêu luôn sát cánh và động viên tôi hoàn thành luận văn này.
Do những điều kiện chủ quan và khách quan, chắc chắn luận văn không thể tránh
khỏi những thiếu sót, tôi rất mong nhận đƣợc sự chỉ bảo, những ý kiến đóng góp của thầy
cô và các bạn.
Trân trọng cảm ơn!
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả luận văn

Vũ Thị Huyền

i3


BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT

Viết tắt

Viết đầy đủ

BTVL

Bài tập vật lí

CNTT

Công nghệ thông tin

ĐC

Đối chứng

GV

Giáo viên

HS

Học sinh

NXB

Nhà xuất bản

PPDH

Phƣơng pháp dạy học

SGK

Sách giáo khoa

THPT

Trung học phổ thông

TN

Thực nghiệm

ii 4


MỤC LỤC
Trang
Lời cảm ơn
Danh mục các chữ viết tắt
Mục luc
Danh mục các bảng
Danh mục các biểu đồ
MỞ ĐẦU

1

1. Lý do chọn đề tài ...............................................................................................

1

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

2

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

2

4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu ..................................................................

3

5. Vấn đề nghiên cứu.............................................................................................

3

6. Giả thuyết khoa học ..........................................................................................

3

7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu .......................................................................

3

8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ..........................................................

3

9. Phƣơng pháp nghiên cứu...................................................................................

4

10. Cấu trúc của luận văn ......................................................................................

4

Chƣơng 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG
DẠY BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN
MỀM MATHEMATICA ....................................................................................

5

1.1. Những vấn đề lí luận dạy học hiện đại .........................................................

5

1.1.1. Bản chất quá trình dạy học ..........................................................................

5

1.1.2. Các nhiệm vụ quá trình dạy học ..................................................................

6

1.1.3. Các khâu của quá trình dạy học ..................................................................

6

1.1.4. Quy luật của quá trình dạy học ...................................................................

7

1.2. Tổ chức dạy học theo hƣớng phát huy tính tích cực của học sinh trong
học tập

.......................................................................................................

7

1.2.1. Khái niệm tính tích cực của học sinh trong học tập ..............................................

7

1.2.2. Những biểu hiện của tính tích cực trong học tập ........................................

8

1.2.3. Các cấp độ của tính tích cực trong học tập ................................................. 10
5iii


1.2.4. Những biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học ......... 10
1.3. Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học .............................................. 12
1.3.1. Dạy và học trong thời đại công nghệ thông tin ........................................... 12
1.3.2. Một số hƣớng chính trong việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy
học Vật lí ............................................................................................................... 13
1.3.3. Công nghệ thông tin với vai trò là phƣơng tiện, thiết bị dạy hoc ............... 14
1.4. Lí luận về bài tập vật lí ................................................................................... 15

1.4.1. Khái niệm về bài tập vật lí .......................................................................... 15
1.4.2. Tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí .......................................... 16
1.4.3. Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí. Những yêu cầu chung trong
dạy học bài tập vật lí ............................................................................................. 17
1.4.4. Lựa chọn bài tập vật lí ................................................................................. 19
1.5. Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica ..................................... 19
1.6. Vài nét chính về Mathematica ....................................................................... 20
1.6.1. Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính ....................................... 20
1.6.2. Vẽ đồ thị ...................................................................................................... 21
1.6.3. Mathematica là ngôn ngữ lập trình ............................................................. 21
1.6.4. Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học............................... 22
1.6.5. Mathematica là môt trƣờng tính toán .......................................................... 23
1.6.6. Các lệnh trong Mathematica ....................................................................... 23
1.6.7. Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số ........................ 24
1.6.8. Đồ hoạ trong Mathematica .......................................................................... 27
1.7. Tìm hiểu thực tế dạy học ................................................................................ 31
1.7.1. Thực tế dạy và học ...................................................................................... 31
1.7.2. Nguyên nhân dẫn đến sai lầm phổ biến của học sinh ................................ 32
1.7.3. Đề xuất biện pháp khắc phuc khó khăn ...................................................... 33
Kết luận chƣơng 1 ................................................................................................. 34
CHƢƠNG 2. SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HOẠT ĐỘNG DẠY
HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦM MỀN
MATHEMATICA VÀO CHƢƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƢỜNG’’
VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC TRONG HOẠT
ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH .......................................................... 35
iv
6


2.1. Đặc điểm cấu trúc nội dung chƣơng „„Điện tích - Điện trƣờng‟‟ vật lí 11 ............... 35

2.1.1. Nhiệm vụ và vị trí “ Điện tích - Điện trƣờng” ............................................... 35
2.1.2. Sơ đồ cấu trúc chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟. ..................................................

36

2.1.3. Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ ................ 37
2.1.4. Phân tích nội dung chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟................................. 39
2.2. Xây dựng hệ thống bài tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ vật lí 11 ..........
42
2.2.1. Sơ đồ phân loại bài tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟.......................... 42
2.2.2. Soạn thảo hệ thống bài tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ .................... 43
2.3. Hƣớng dẫn học sinh giải bài tập chƣơng “ Điện tích - Điện trƣờng‟‟ vật lí
11 có sử dụng phầm mềm Mathematica.................................................................... 46
2.3.1. Phƣơng pháp................................................................................................ 46
2.3.2. Hƣớng dẫn học sinh .................................................................................... 46
Kết luận chƣơng 2 ................................................................................................. 64
CHƢƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM .......................................................

65

3.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm ..................................................................... 65
3.2. Đối tƣợng của thực nghiệm sƣ phạm ............................................................. 65
3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ............................................................... 65
3.4. Thời điểm thực nghiệm ................................................................................. 66
3.5. Phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm ........................................................ 66
3.5.1. Tiêu chí để đánh giá .................................................................................... 66
3.5.2. Diễn biến thực nghiệm sƣ phạm ................................................................. 67
3.5.3. Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo với việc
ôn tập củng cố kiến thức, phát huy tính tích cực, tự chủ, tƣ duy sáng tạo của
học sinh. ................................................................................................................ 67

3.5.4. Kiểm tra, đánh giá chất lƣợng kiến thức của học sinh ................................ 68
Kết luận chƣơng 3 ................................................................................................. 76
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................. 80
PHỤ LỤC ............................................................................................................. 82

v7


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng

Tên

Trang

Bảng 3.1

Bảng thống kê kết quả kiểm tra

71

Bảng 3.2

Xử lí kết quả để tính tham số

72

Bảng 3.3

Tổng hợp các tham số

72

Bảng 3.4

Bảng tần suất và tần suất tích luỹ

73

vi
8


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ

Tên

Trang

Hình 1.1

Sơ đồ phân loại bài tập vật lí

18

Hình 1.2

Đồ thị ví dụ trong phần vẽ đồ thị của mathematica

21

Hình 2.1

Sơ đồ cấu trúc chƣơng „„Điện tích - Điện trƣờng‟‟

36

Hình 2.2

Sơ đồ phân loại bài tập chƣơng „„Điện tích - Điện trƣờng‟‟

42

Hình 2.3

Hình vẽ bài 4a

49

Hình 2.4

Hình vẽ minh hoạ bài 4b

50

Hình 2.5

Hình vẽ minh hoạ bài 4c

50

Hình 2.6

Hình vẽ minh hoạ bài 5

52

Hình 2.7

Hình vẽ minh hoạ bài 6

53

Hình 2.8

Hình vẽ minh hoạ bài 8

56

Hình 2.9

Hình vẽ minh hoạ bài 9

58

Hình 2.10

Hình vẽ minh hoạ bài 12

61

Hình 3.1

Đồ thị tần suất kết quả kiểm tra đối chứng

74

Hình 3.2

Đồ thị tần số tích luỹ lùi

74

9vii


MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ sáng tạo. Đất
nƣớc ta đang bƣớc vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, viễn cảnh sôi
động, tƣơi đẹp, nhƣng cũng nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục và Đào
tạo phải có những đổi mới căn bản, mạnh mẽ, vƣơn tới ngang tầm với sự phát
triển chung của thế giới và khu vực. Sự nghiệp giáo dục đào tạo phải góp
phần quyết định vào việc bồi dƣỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho
thế hệ trẻ.
Giáo dục cần đào tạo con ngƣời đáp ứng đƣợc những đòi hỏi của thị
trƣờng lao động và nghề nghiệp cũng nhƣ cuộc sống, có khả năng hòa nhập

và cạnh tranh quốc tế, đặc biệt là đào tạo con ngƣời có: năng lực hành động;
tính sáng tạo, năng động; tính tự lực và trách nhiệm; năng lực cộng tác làm
việc; năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp; khả năng học tập suốt đời. Vì
vậy, chúng ta cần phải đổi mới phƣơng pháp dạy - học.
Đổi mới phƣơng pháp dạy học (PPDH), ứng dụng công nghệ dạy học hiện
đại theo hƣớng chủ động, tích cực hóa hoạt động của học sinh là một trong
những phƣơng hƣớng đã đƣợc xác định rõ, nhằm nâng cao chất lƣợng dạy và
học hiện nay. Điều này đã đƣợc xác định trong nghị quyết trung ƣơng 4 khoá
VII, nghị quyết trung ƣơng 2 khoá VIII, đƣợc thể chế trong luật giáo dục
(2005). Luật giáo dục, điều 28.2, đã ghi “Phƣơng pháp giáo dục phổ thông phải
phát huy tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc
điểm từng lớp học môn học; bồi dƣỡng phƣơng pháp tự học, khả năng làm việc
theo nhóm, rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến
tình cảm, đem lại niềm vui hƣớng thú và trách nhiệm học tập của học sinh”.
Với đặc thù môn học Vật lí phổ thông là quan sát, mô phỏng, giải thích
hiện tƣợng, việc sử dụng một phần mềm công nghệ để trong giảng dạy bài tập
sẽ giúp học sinh dễ dàng hiểu và vận dụng đƣợc, giúp giáo viên và học sinh
1


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tôn Tích Ái (2001), Phương pháp số. NXB ĐHQG Hà Nội.
[2]. Tôn Tích Ái (2005), Phần mềm toán cho kỹ sư. NXB ĐHQG Hà Nội.
[3]. Tôn Tích Ái (2001), Sử dụng phần mềm Mathematica trong vật lý
phổ thông. NXB ĐHQG Hà Nội.
[4]. Nguyễn Ngọc Bảo (1995), Phát huy tính tích cực, tự lực của học
sinh trong quá trình dạy học. Vụ Giáo viên, Hà Nội.
[5]. Nguyễn Ngọc Bảo (1995), Công nghệ dạy học với vấn đề tổ chức
quá trình dạy học ở THPT. Bộ Giáo dục và đào tạo.
[6]. Lƣơng Duyên Bình (1998), Vật lý đại cương. NXB Giáo dục.

[7]. Lƣơng Duyên Bình (Tổng chủ biên), Vũ Quang (Chủ biên)
(2007), Vật lí 11. NXB Giáo dục.
[8]. Vũ Cao Đàm (1998), Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học.
NXB KH&KT, Hà Nội.
[9]. Nguyễn Văn Đồng (chủ biên) (1979), Phương pháp giảng dạy Vật
Lý ở trường phổ thông, tập 1 và tập 2. NXB Giáo dục Hà Nội.
[10]. Bùi Quang Hân(Chủ biên), Đào Văn Cự, Phạm Ngọc Tiến,
Nguyễn Thành Tƣơng (1994), Giải toán Vật lí 11. NXB Giáo dục.
[11]. Phó Đức Hoan (1993), Phương pháp giảng dạy Vật lý ở trường
phổ thông trung học. Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
[12]. Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên), Nguyễn Phúc Thuần (Chủ
biên) (2007) Vật lí 11 nâng cao. NXB Giáo dục.
[13]. Ngô Diệu Nga (2003), Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên
cứu khoa học dạy học Vật Lý.
[14]. Ngô Diệu Nga (2005), Bài giảng chuyên đề phân tích chương trình
vật lý phổ thông.

2


[15]. Phạm Xuân Quế (2000) „„Sử dụng máy tính hỗ trợ việc xây dựng
mô hình trong dạy học vật lý‟‟, Tạp chí Nghiên cứu Giáo dục 4.
[16]. Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế (2004),
Phương pháp dạy học vật lí ở trường phổ thông. NXB Đại học Sƣ phạm Hà Nội.
[17].Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng (1999), Tổ chức hoạt
động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lí ở trường phổ thông. NXB
Đại học Quốc gia Hà Nội.
[18]. TS. Đinh Thị Kim Thoa (2001), Bài giảng phương pháp và công
nghệ dạy học hiện đại, ĐHGD - ĐHQGHN.
[19]. Phạm Hữu Tòng (1994), Bài tập phương pháp dạy bài tập vật lý,

NXBGD, Hà Nội.
[20]. Phạm Hữu Tòng (2004), Dạy học vật lí ở trường phổ thông theo
định hướng phát triển hoạt động học tập tích cực, tự chủ, sáng tạo tư duy
khoa học. NXB Đại học Sƣ phạm.
[21]. Đỗ Hƣơng Trà (Chủ biên), Phạm Gia Phách (2009), Dạy học bài
tập vật lý ở trường phổ thông. Nxb Đại học sƣ phạm.
[22]. Đỗ Hƣơng Trà (2008), Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học
Vật lý, Hà Nội.
[23]. Thái Duy Tuyên (2003), Những vấn đề cơ bản của Giáo dục hiện
đại. NXB Giáo dục.

3