DSpace at VNU: Xây dựng và hướng dẫn giải bài tập chương Các định luật bảo toàn-Vật lí 10 với sự hỗ trợ của phần mềm Mathematica.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ HOÀNG MƠ

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ”- VẬT LÍ 10
VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI – 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ HOÀNG MƠ

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” - VẬT LÍ 10
VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ
Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
(BỘ MÔN VẬT LÝ)
Mã số: 60 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Tôn Tích Ái

HÀ NỘI – 2014

MỤC LỤC

Lời cảm ơn ……… ....……………….…………………………………………. i
Danh mục viết tắt…… ... ………….…………………………………………… ii
Mục lục……………..... ……… ………………………………………………. iii
Danh mục các bảng…… ... ……………………………………………………..vi
Danh mục các hình … ... ………………………………………………….........vii
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI ............................................................ 4
1.1. Quan điểm hiện đại về dạy học ............................................................................ 4
1.1.1. Bản chất của quá trình dạy học .......................................................................... 4
1.1.2. Các nhiệm vụ của quá trình dạy học .................................................................. 4
1.1.3. Phương pháp dạy học ........................................................................................ 5
1.2. Cơ sở lí luận về dạy giải bài tập vật lý phổ thông ................................................. 6
1.2.1. Khái niệm về bài tập vật lý ................................................................................ 6
1.2.2. Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý ............................................... 7
1.2.3. Phân loại bài tập vật lí ....................................................................................... 8
1.2.4. Lựa chọn bài tập vật lí ..................................................................................... 12
1.2.5. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí ........................................................... 13
1.2.6. Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí ...................................... 16
1.3. Vai trò, ý nghĩa của Công nghệ thông tin trong dạy học .................................... 17
1.3.1. Dạy và học theo quan điểm CNTT .................................................................. 17
1.3.2. CNTT với vai trò PTDH, TBDH .................................................................... 18
1.4. Vài nét chính về Mathematica ............................................................................ 18
1.4.1. Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính ............................................ 18
1.4.2. Vẽ đồ thị ......................................................................................................... 19
1.4.3. Mathematica là ngôn ngữ lập trình .................................................................. 20
1.4.4. Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học .................................... 21

1.4.5. Mathematica là môi trường tính toán ............................................................... 21
1.4.6. Các lệnh trong Mathematica ............................................................................ 22
1.4.7. Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số .............................. 22
1


1.4.8. Đồ họa trong Mathematica ............................................................................. 25
Kết luận chương 1 .................................................................................................... 33
Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG
DẠY HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM
MATHEMATICA VÀO CHƯƠNG “ CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN” SGK
VẬT LÍ 10 THPT. .................................................................................................... 34
2.1. Phân tích nội dung khoa học kiến thức chương “ Các định luật bảo toàn” lớp 10
THPT ........................................................................................................................ 34
2.1.1. Động lượng ..................................................................................................... 34
2.1.2. Công và công suất ........................................................................................... 36
2.1.3. Động năng ...................................................................................................... 37
2.1.4. Trường lực thế ................................................................................................ 39
2.1.5. Thế năng ......................................................................................................... 40
2.1.6. Định luật bảo toàn cơ năng trong trường lực thế .............................................. 40
2.2. Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lý 10
.................................................................................................................................. 41
2.2.1. Vị trí chương “Các định luật bảo toàn trong chương trình vật lý phổ thông 41
2.2.2. Cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” trong chương trình vật lý 10
cơ bản ...................................................................................................................... 42
2.2.3. Nội dung kiến thức chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10 ...................... 44
2.3. Mục tiêu dạy học chương “ Các định luật bảo toàn”........................................... 48
2.3.1. Mục tiêu về kiến thức và trình độ nhận thức.................................................... 48
2.3.2. Kỹ năng của học sinh khi học chương “Các định luật bảo toàn” ..................... 52
2.4. Phân loại bài tập vật lý chương “Các định luật bảo toàn” ................................... 53

2.5. Xây dựng hệ thống bài tập chương “ Các định luật bảo toàn” ............................ 54
2.5.1. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập ............................................................. 54
2.5.2. Hệ thống bài tập chương “Các định luật bảo toàn” vật lý 10 ............................ 55
2.6. Dự kiến sử dụng hệ thống bài tập đã soạn thảo trong dạy học chương “Các định
luật bảo toàn” vật lý 10 ............................................................................................ 62
2.7. Lựa chọn một số bài tập chương “Các định luật bảo toàn” có sử dụng phần mềm
Mathematica. ............................................................................................................ 62

2


2.8. Giáo viên sử dụng phần mềm Mathematica để hướng dẫn học sinh giải bài tập
chương “ Các định luật bảo toàn” ............................................................................ 63
2.8.1. Phương pháp chung ........................................................................................ 63
2.8.2 .Hướng dẫn học sinh ....................................................................................... 63
Kết luận chương 2 .................................................................................................... 82
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM............................................................... 83
3.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ................................................................... 83
3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm ......................................................................... 83
3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ................................................................... 83
3.4. Thời điểm thực nghiệm sư phạm ........................................................................ 84
3.5. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm ............................................................ 84
3.5.1. Tiêu chí để đánh giá ........................................................................................ 84
3.5.2. Diễn biến thực nghiệm sư phạm ...................................................................... 84
3.5.3. Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo ........................... 85
3.5.4. Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh....................................... 86
Kết luận chương 3 .................................................................................................... 91
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ......................................................................... 92
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 94
PHỤ LỤC ................................................................................................................ 96

3


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của trí tuệ sáng tạo, của sự bùng nổ
thông tin, của nền kinh tế tri thức. Tình hình phát triẻn kinh tế, xã hội của đất nước,
đòi hỏi ngành giáo dục và đào tạo phải có những đổi mới cơ bản, mạnh mẽ, vươn tới
ngang tầm với sự phát triển chung của khu vực và thế giới. Sự nghiệp giáo dục đào tạo
phải góp phần quyết định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho
thế hệ trẻ. Chính vì vậy chúng ta cần phải đổi mới phương pháp dạy - học.
Vật lí là một trong những môn học rất quan trọng của học sinh trung học phổ
thong. Vật lí không chỉ là một môn học rất hay, được nhiều học sinh yêu thích mà nó
còn là một môn khoa học tự nhiên được xếp vào loại môn học khó đối với học sinh.
Để học tốt vật lí học sinh vừa phải nắm vững những kiến thức lý thuyết bao gồm:
Những hiện tượng vật lý, những qui luật, định luật vật lý, những công thức, những
phương trình vật lý vừa phải biết cách vận dụng linh hoạt những kiến thức lý thuyết
vào việc giải các bài tập vật lý.
Dạy giải bài tập vật lý phổ thông là một trong những học phần bắt buộc trong
chương trình đào tạo sinh viên các trường sư phạm. Hiện nay, sách tham khảo cho
giáo viên và học sinh phổ thông về các bài tập vật lý rất nhiều, nhưng sách hướng dẫn
giáo viên dạy cho học sinh kĩ năng phân tích hiện tượng vật lý để giải quyết các bài tập
vật lý trong chương trình vật lý phổ thông còn rất thiếu. Mà việc rèn luyện cho học
sinh biết cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính
xác là một việc rất cần thiết. Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà
còn rèn luyện kỹ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch. Với
cương vị là một giáo viên dạy môn vật lý ở trường THPT tôi rất quan tâm đến vấn đề
này.
Bên cạnh đó việc vận dụng thành tựu của công nghệ thông tin cùng với các

phần mềm vào giảng dạy nhắm đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông là
một tất yêu để nâng cao chất lượng dạy học. Mathematica có những ưu thế trong việc
mô phỏng các hiện tượng khoa học và kỹ thuật khác nhau, có đồ họa đa chức năng và
sinh động, thân thiện và dễ sử dụng. Mathematica có khả năng ứng dụng cao trong vật
lý và có thể được xem là một lựa chọn thích hợp để sử dụng như một phần bổ trợ cho
việc giảng dạy bài tập vật lý phổ thông.
4


Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài: “Xây dựng và hướng
dẫn giải bài tập chương “ Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 với sự hỗ trợ của
phần mềm Mathematica”.
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng lý luận dạy học hiện đại về giảng dạy bài tập vật lý, soạn thảo hệ thống
bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán
học Mathematica thuộc chương “ Định luật bảo toàn” –SGK Vật lý lớp 10 THPT, góp
phần đổi mới phương pháp giảng dạy, nâng cao chất lượng dạy học.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về dạy học, nghiên cứu cơ sở lý luận về giải bài
tập vật lý, nghiên cứu phần mềm toán học Mathematica.
- Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức “Định luật bảo toàn”
và các tài liệu liên quan nhằm xác định được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và
các kỹ năng học sinh cần nắm vững.
- Soạn thảo hệ thống bài tập, trong đó có một số bài tập có sử dụng phần mềm
Mathematica để giải và sử dụng hệ thống bài tập này vào việc tổ chức hoạt động dạy
học giải bài tập chương “ Các định luật bảo toàn”.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để đánh giá
hiệu quả của hệ thống bài tập đã xây dựng và việc đưa phần mềm toán học
Mathematica vào giảng dạy.
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu

Khách thể nghiên cứu là quá trình dạy và học môn Vật lí chương “Các định luật
bảo toàn” Vật lí 10 của giáo viên và học sinh.
Đối tượng nghiên cứu là phần mềm Mathematica, ứng dụng vào giảng dạy bài
tập chương “Các định luật bảo toàn” Vật lí 10.
5. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu soạn thảo hệ thống bài tập, trong đó có một số bài tập có sử
dụng phần mềm Mathematica để giải và hướng dẫn hoạt động giải bài tập chương
“Các định luật bảo toàn” vật lý 10.
6. Giả thuyết khoa học

5


Nếu soạn thảo được một hệ thống bài tập phù hợp với mục tiêu dạy học và sử dụng
phần mềm Mathematica để giải thì khi vận dụng hệ thống bài tập đó vào dạy học Vật
lý sẽ giúp học sinh ôn tập củng cố kiến thức và bồi dưỡng được tính tự chủ, năng lực
sáng tạo của học sinh.
7. Phương pháp nghiên cứu
7.1. Nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, về lý luận dạy học nói chung và tài liệu về lý
luận dạy học vật lý nói riêng có liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, xác định mức độ
nội dung các kiến thức mà học sinh cần nắm vững.
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica.
7.2. Nghiên cứu thực tiễn
- Tìm hiểu việc giáo viên sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở trường
THPT.
- Điều tra thực tế dạy và học kiến thức chương “Các định luật bảo toàn ”ở trường
THPT hiện nay.
7.3 Nhóm phương pháp xử lý thông tin

Định lượng, định tính, thống kê và phân tích thống kê.
8. Đóng góp của đề tài
- Đề tài góp phần hoàn thiện lý luận và phương pháp dạy học Vật Lý.
- Xây dựng hệ thống bài tập đảm bảo tính hệ thống, khoa học theo các mức độ nhận
thức: nhận biết, hiểu, vận dụng.
- Giúp giáo viên các biện pháp để sử dụng phần mềm toán học Mathematica vào dạy
học giải bài tập Vật Lý chương “Các định luật bảo toàn” thành công.
9. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày
trong ba chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài.
Chương 2: Xây dựng hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài
tập có sử dụng phần mềm Mathematica vào chương : “Các định luật bảo toàn” SGK
Vật lí 10.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.
6


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Quan điểm hiện đại về dạy học
1.1.1. Bản chất của quá trình dạy học
Quá trình dạy học được tổ chức trong nhà trường bằng phương pháp sư phạm đặc
biệt nhằm trang bị cho học sinh hệ thống kiến thức khoa học và hình thành hệ thống kỹ
năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
- Bản chất của quá trình dạy học là một chỉnh thể toàn vẹn thống nhất được tạo nên bởi
các thành tố như: Mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện, người dạy, người
học cùng với môi trường văn hóa – chính trị - xã hội – kinh tế - khoa học kỹ thuật của
đất nước trong trào lưu phát triển chung của thời đại. Các thành tố này có mối quan hệ
mật thiết, chặt chẽ với nhau theo nhiều tầng bậc ở nhiều cấp độ khác nhau.

- Bản chất của quá trình dạy học được thể hiện thông qua mối quan hệ tương tác giữa giáo
viên và học sinh. Dạy học là toàn bộ những hoạt động chung của cả thầy và trò trong đó thầy
giữ vai trò chủ đạo còn trò giữ vai trò chủ động, độc lập, tích cực sáng tạo lĩnh hội tri thức
nhằm thực hiện tốt các nhiệm vụ dạy học.
- Bản chất của quá trình dạy học được xem như là một quá trình nhận thức. Vì quá
trình dạy học xét cho cùng cũng là vì học trò, học trò nắm được những gì, học được
những gì, vận dụng như thế nào.
1.1.2. Các nhiệm vụ của quá trình dạy học
Chức năng xã hội tổng quát của giáo dục là truyền kinh nghiệm, thành tựu phát triển
của loài người đã được tích lũy bởi thế hệ đi trước cho thế hệ trẻ, đảm bảo sự hình
thành và phát triển những con người có văn hóa cao. Các thành tựu giáo dục phát triển
đã được con người tích lũy và truyền từ thế hệ này sang thế hệ khác.
Khi tham gia các hoạt động đa dạng liên kết đến các yếu tố khác của văn hóa, vật
chất, tinh thần dưới sự hướng dẫn của thế hệ đã trưởng thành, thế hệ đang lớn lên nắm
được những tài sản văn hóa và phát triển tài sản đó ở thế hệ mình. Điều đó biểu hiện
những năng lực được kết tinh trong các yếu tố văn hóa. Hoạt động của con người vô
cùng đa dạng và phức tạp, đặc trưng cho các nghề nghiệp và chuyên môn khác nhau.
Vì thế trước khi lý luận dạy học xuất hiện, một vấn đề được đặt ra là cần tìm ra những
cái chung, phân biệt các yếu tố văn hóa cần thiết mà thế hệ trẻ cần chiếm lĩnh để trở
thành con người có văn hóa. Trên cơ sở đó, thực tế đặt ra những nhiệm vụ dạy học và
7


tổ chức những hoạt động học tập để rèn luyện giáo dục đảm bảo cho người học chiếm
lĩnh nội dung văn hóa đó.
1.1.3.Phương pháp dạy học
Phương pháp dạy học là tổ hợp các cách thức hoạt động, tương tác giữa thầy và
trò trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học. Phương pháp dạy học là
một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình dạy học và luôn là trung tâm chú
ý của các nhà giáo dục trên thế giới. [10]

Phương pháp là hình thức tự vận động bên trong của nội dung, nên cùng với sự
biến đổi của nội dung, phương pháp dạy học cũng đang được đổi mới theo hướng hiện
đại hóa. Việc đổi mới phương pháp dạy học đòi hỏi phải tìm kiếm phương pháp dạy
học mới và cải tiến các phương pháp cổ truyền cho phù hợp với nội dung hiện đại,
theo hương nâng cao tính tích cực, độc lập, sáng tạo, nâng cao năng lực nội sinh của
người học, nhằm đổi mới cách điều khiển quá trình dạy học và đưa công nghệ hiện đại
vào trong nhà trường. Cụ thể là các phương pháp dạy học phải hướng tới mục tiêu:
- Góp phần hình thành động cơ nhận thức, các phương pháp nhận thức. Bồi
dưỡng cho HS phương pháp tự học, tự khám phá để chiếm lĩnh tri thức.
- Nhằm nâng cao tính tích cực, độc lập, sáng tạo và phát huy năng lực vận dụng
tri thức vào thực tiễn cho HS.
Trong bối cảnh nền kinh tế thị trường, mở cửa, hội nhập và phát triển nền kinh
tế tri thức, việc cạnh tranh trên lĩnh vực “trí tuệ” đang diễn ra gay gắt thì cách đào tạo
con người có trí tuệ, giàu tính sáng tạo càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Các
phương pháp dạy học phải phản ánh trong mình nó những thành tựu của mỗi khoa học.
Bởi vì việc nắm vững các phương pháp này có tác dụng đến việc hình thành và phát
triển tính độc lập sáng tạo của mỗi HS.
Phương pháp dạy học có đặc điểm riêng, khác biệt với phương pháp tác động
của con người lên các đối tượng vô tri trong hoạt động sản xuất vật chất nói chung.
Đối với việc học, giáo viên là chủ thể của hoạt động dạy học và HS là đối tượng của
hoạt động học, đồng thời là chủ thể của quá trình dạy học.

8


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tôn Tích Ái,Phương pháp số, NXB ĐHQG Hà Nội, 2001.
2. Tôn Tích Ái,Phần mềm toán cho kỹ sư, NXB ĐHQG Hà Nội, 2005.
3. Tôn Tích Ái,Sử dụng phần mềm Mathematica trong vật lý phổ thông, NXB
ĐHQG Hà Nội, 2001.

4. Tôn Tích Ái, Cơ sở Vật lý tập I: Cơ học – Nhiệt họ,. NXB Văn hóa dân tộc, 2013.
5. Lương Duyên Bình (Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi – Tô Giang – Vũ Quang –
Bùi Gia Thịnh,Sách giáo viên vật Lý 10, Nxb Giáo dục, 2012.
6. Lương Duyên Bình (Tổng chủ biên kiêm Chủ biên), Nguyễn Xuân Chi – Tô
Giang – Trần Chí Minh – Vũ Quang – Bùi Gia Thịnh,Vật Lý 10, Nxb Giáo dục,
2006.
7. Lương Duyên Bình,Vật lý đại cương, NXB Giáo dục, 1998.
8. Vũ Cao Đàm,Phương pháp luận nghiên cứu Khoa học, NXB KH&KT, Hà Nội,
1998.
9. Vũ Thanh Khiết (Chủ biên), Đỗ Hương Trà –Vũ Thị Thanh Mai – Nguyễn
Hoàng Kim,Phương pháp giải toán Vật lí 10, NXB Giáo dục Việt Nam, 2009.
10. Ngô Diệu Nga,Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên cứu khoa học dạy học
Vật Lý, 2003.
11. Ngô Diệu Nga, Bài giảng chuyên đề phân tích chương trình vật lý phổ thông,
2005.
12. Phạm Xuân Quế, Sử dụng máy tính hỗ trợ việc xây dựng mô hình trong dạy học
vật lý, Tạp chí Nghiên cứu Giáo dục, số 4/2000.
13. Nguyễn Đức Thâm (Chủ biên), Nguyễn Ngọc Hưng – Phạm Xuân Quế,
Phương pháp dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Sư phạm,2003.
14. Đỗ Hương Trà,Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật Lý, Hà Nội, 2008.
9


15. Đỗ Hương Trà (Chủ biên), Phạm Gia Phách,Dạy học bài tập vật lý ở trường
phổ thông, Nxb Đại học sư phạm, 2009.
16. Thái Duy Tuyên,Phương pháp dạy học truyền thống và đổi mới, NXBGD, Hà
Nội, 2008.

10