DSpace at VNU: Sử dụng phần mềm MATHEMATICA hướng dẫn học sinh giải bài tập phần "Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường" sách giáo khoa vật lí 11 nâng cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LƢƠNG THỊ THANH NHÀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA
HƢỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN
CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG
ĐIỆN TRƢỜNG VÀ TỪ TRƢỜNG
SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÍ 11 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI - 2009


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LƢƠNG THỊ THANH NHÀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA
HƢỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN
CHUYỂN ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG
ĐIỆN TRƢỜNG VÀ TỪ TRƢỜNG
SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÍ 11 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ
Chuyên ngành: Lí luận và phƣơng pháp dạy học ( bộ môn Vật lí)
Mã số: 60 14 10

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: GS.TS. TÔN TÍCH ÁI
PGS.TS. ĐỖ HƢƠNG TRÀ

HÀ NỘI - 2009


LỜI CẢM ƠN
Luận văn này là kết quả của quá trình học tập và nghiên cứu của tôi tại
trường Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội. Nhân dịp này, tôi xin trân
trọng bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến các Thầy, các Cô trong trường Đại học
Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội, trường Đại học Khoa học Tự nhiên,
trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong quá
trình học tập.
Đặc biệt, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến GS.TS. Tôn
Tích Ái và PGS.TS. Đỗ Hương Trà đã tận tình trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ
tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến Sở Giáo dục và Đào tạo Hải Dương, cảm ơn
Ban Giám hiệu trường THPT Hồng Quang (Hải Dương)- nơi tôi đang công
tác, cảm ơn tập thể các giáo viên Vật lí trường THPT Hồng Quang (Hải
Dương), THPT Chuyên Nguyễn Trãi (Hải Dương), THPT Nguyễn Du (Hải
Dương) đã tạo điều kiện thuận lợi, có nhiều ý kiến đóng góp giúp đỡ tôi trong
quá trình nghiên cứu Luận văn.
Xin cảm ơn các anh chị, các bạn học viên lớp Cao học Lí luận và
Phương pháp dạy học Khóa 3- Đại học Giáo dục- Đại học Quốc gia Hà Nội đã
có rất nhiều sự giúp đỡ, có nhiều ý kiến đóng góp cho tôi trong quá trình học
tập và nghiên cứu. Và tôi muốn cảm ơn thật nhiều gia đình của tôi đã luôn
luôn ở bên, động viên, khích lệ, giúp đỡ tôi hoàn thành tốt thời gian học tập
của mình.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn các cán bộ Trung tâm thư viện Đại học Quốc
gia Hà Nội, thư viện Đại học Sư phạm Hà Nội đã nhiệt tình tạo điều kiện cho

tôi trong quá trình thu thập tài liệu từ lúc hình thành ý tưởng đến khi hoàn
thành Luận văn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2009
Tác giả


NHỮNG CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

BT
BTVL
CNTT
ĐC
ĐHQG
GV
HS
NXB
PPDH
QĐDH
SGK
TBDH
THPT
TN

: Bài tập
: Bài tập Vật lí
: Công nghệ thông tin
: Đối chứng
: Đại học quốc gia
: Giáo viên
: Học sinh

: Nhà xuất bản
: Phương pháp dạy học
: Quan điểm dạy học
: Sách giáo khoa
: Thiết bị dạy học
: Trung học phổ thông
: Thực nghiệm.


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài……………….………………………………………………..…1
2. Lí do chọn đề tài…........................................................................................1
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài......................................................................2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài....................................................................3
5. Đối tượng, khách thể nghiên cứu và mẫu khảo sát của đề tài.......................3
6. Vấn đề nghiên cứ.…..................................................................................... 4
7. Giả thuyết khoa học của đề tài......................................................................4
8. Phương pháp nghiên cứu của đề tài...............................................................4
9. Đóng góp của đề tài.......................................................................................5
10. Cấu trúc của Luận văn.................................................................................5
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học…………………………………………...6
1.2 Phương pháp dạy học tích cực………………………………………….10
1.2.1 Khái niệm……………………………………………………………10
1.2.2 Các đặc trưng cơ bản………………………………………………10
1.3 Tiến trình khoa học giải quyết vấn đề………………………………….12
1.4 Lí luận về bài tập vật lí………………………………………….………13
1.4.1 Định nghĩa bài tập vật lí……………………………………………13

1.4.2 Tác dụng của bài tập vật lí…………………………………………14
1.4.3 Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí………………………15
1.4.4 Phương pháp giải bài tập vật lí……………………………………19
1.5. Rèn luyện tư duy cho học sinh trong dạy học Vật lí……………………24
1.5.1 Tầm quan trọng………………………………………………………24
1.5.2 Rèn luyện các thao tác tư duy……………………………………...25
1.6 Vai trò của CNTT trong việc đổi mới phương pháp dạy học …………..26


1.6.1 Đổi mới phương pháp dạy học theo quan điểm CNTT………... 26
1.6.2 Một số giải pháp nâng cao hiệu quả sử dụng CNTT ở trường
trung học…………………………………………………………………… 28
1.7 Giới thiệu phần mềm Mathematica……………………………………29
1.7.1 Vài nét chính về Mathematica……………………………………..29
1.7.2 Các lệnh cơ bản của Mathematica về tính toán bằng số……...31
1.7.3 Các tính toán đại số ……………………………………………….34
1.7.4 Các tính toán giải tích…………………………………………….36
1.7.5 Đồ hoạ trong Mathematica………………………………………38
1.7.6 Mathematica là ngôn ngữ lập trình…………………………..45
CHƢƠNG 2
XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
BẰNG PHẦN MỀM MATHEMATICA PHẦN “CHUYỂN ĐỘNG CỦA
HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƢỜNG” VÀ “CHUYỂN ĐỘNG
CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG TỪ TRƢỜNG” LỚP 11 NÂNG CAO
2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần “Chuyển động của hạt mang điện trong
điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường”….47
2.1.1. Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường đều………47
2.1.2 Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều…………..48
2.1.3 Sự lệch của quĩ đạo của hạt mang điện trong điện trường và từ
trường………………………………………………………………………..51

2.2 Nội dung kiến thức trong chương trình vật lí 11 nâng cao………………66
2.2.1. Vị trí phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường”
và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” trong chương
trình Vật lí 11 nâng cao………………………………………… 66
2.2.2 Nội dung kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học……...66


2. Thực trạng dạy học giải bài tập vật lí phần “Chuyển động của hạt mang
điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường”
lớp 11 nâng cao…………………………………………………………….. 72
2.3.1 Mục đích điều tra……………………………………………………73
2.3.2 Phương pháp điều tra……………………………………………….73
2.3.3 Kết quả điều tra……………………………………………………...74
2.4 Xây dựng hệ thống bài tập phần “Chuyển động của hạt mang điện trong
điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường”………..77
2.4.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập vật lí……………….……77
2.4.2 Hệ thống bài tập…………………………………………………… 77
2.5

Hướng dẫn học sinh giải bài tập phần “Chuyển động của hạt mang điện

trong điện trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” lớp
11 nâng cao có sử dụng phần mềm Mathematica……………………………85
2.5.1

Phương pháp……………………………………………………. 85

2.5.2 Hướng dẫn học sinh ……………………………………………....86
CHƢƠNG 3
THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM

3.1 Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm……………………...109
3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm………………………………………109
3.3 Phương pháp thực nghiệm……………………………………………..109
3.4 Tiến trình thực nghiệm sư phạm……………………………………….110
3.4.1 Thời gian thực nghiệm…………………………………………… 110
3.4.2 Đánh giá kết quả thực nghiệm……………………………………110
3.4.3. Xử lí kết quả bằng thống kê toán học ……………………….117
KẾT LUẬN………………………………………………………………..126
TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………….128
PHỤ LỤC


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ sáng tạo. Đất nước ta
đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Viễn cảnh sôi động, tươi đẹp,
nhưng cũng nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục và Đào tạo phải có những đổi
mới căn bản, mạnh mẽ, vươn 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 dưỡng
trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho thế hệ trẻ.
Giáo dục cần đào tạo con người đáp ứng được những đòi hỏi của thị trường
lao động và nghề nghiệp cũng như cuộc sống, có khả năng hòa nhập và cạnh tranh
quốc tế, đặc biệt là đào tạo con người 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. Chính vì vậy chúng ta cần phải
đổi mới phương pháp dạy - học.
Một trong những định hướng đổi mới phương pháp giáo dục được thực hiện
theo định hướng tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học, đặc
biệt lưu ý đến những ứng dụng của công nghệ thông tin. Theo quan điểm thông tin,
học là một quá trình thu nhận thông tin có định hướng, có sự tái tạo và phát triển

thông tin; dạy là phát thông tin và giúp người học thực hiện quá trình trên một cách
hiệu quả. Để đổi mới phương pháp dạy học, người ta tìm những “phương pháp làm
tăng giá trị lượng thông tin, trao đổi thông tin nhanh hơn, nhiều hơn, hiệu quả
hơn”. Phát huy vai trò của người thầy trong quá trình sử dụng công nghệ thông tin
không thủ tiêu vai trò của người thầy mà trái lại còn phát huy hiệu quả hoạt động
của thầy giáo trong quá trình dạy học.
Trong thời gian gần đây, ở nước ta có nhiều công trình nghiên cứu về đổi
mới phương pháp dạy học theo quan điểm ứng dụng công nghệ thông tin và truyền


thông như phần mềm hỗ trợ bài giảng, minh họa trên lớp với máy chiếu, phần mềm
dạy học giúp học sinh học trên lớp và ở nhà, công nghệ kiểm tra, đánh giá bằng
trắc nghiệm trên máy vi tính, sử dụng Internet, thiết bị đa phương tiện để dạy học...
Tuy nhiên, việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy giải bài tập vật lí với
tư cách là một phương pháp dạy học có tác dụng tích cực tới việc giáo dục và phát
triển tư duy của học sinh, đồng thời cũng là thước đo thực chất, đúng đắn sự nắm
vững kiến thức vật lí, kĩ năng, kĩ xảo của họ thì chưa có nhiều công trình nghiên
cứu. Trong khi đó, hiện nay trên thế giới đã có những phần mềm được sử dụng là
một công cụ mạnh trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật cũng như trong lĩnh vực giáo
dục và đào tạo và đã được rất nhiều nước đang sử dụng. Mathematica là một trong
những phần mềm đó.
Từ những lí do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm Mathematica trong
dạy học về bài tập Vật lí nhằm nâng cao chất lượng dạy học Vật lí ở trường THPT,
tôi đã chọn đề tài Sử dụng phần mềm Mathematica hướng dẫn học sinh giải bài
tập phần Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ trường sách
giáo khoa Vật lí 11 nâng cao làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Vận dụng lí luận về giải bài tập Vật lí, soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức
hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica thuộc
các phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động

của hạt mang điện trong từ trường” sách giáo khoa Vật lí 11 nâng cao, góp phần
nâng cao chất lượng dạy học.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Để đạt được mục tiêu đề ra, chúng tôi xác định đề tài có những nhiệm vụ
sau:
- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về dạy học, nghiên cứu cơ sở lí luận về
giải bài tập Vật lí, nghiên cứu phần mềm Mathematica.


- Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức phần
“Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của hạt
mang điện trong từ trường” và các tài liệu liên quan nhằm xác định được mức độ
nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng học sinh cần nắm vững.
- Tìm hiểu thực tế dạy học phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện
trường” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” nhằm phát hiện
những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai lầm phổ biến của học sinh.
Từ đó, thử đề xuất nguyên nhân của các khó khăn, sai lầm đó và nêu các biện pháp
khắc phục.
- Soạn thảo hệ thống 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
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để
đánh giá hiệu quả của nó với việc đưa phần mềm Mathematica vào dạy học.
4. Đối tƣợng, khách thể nghiên cứu của đề tài
- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn Vật lí phần Chuyển động
của hạt mang điện trong điện trường và từ trường của giáo viên và học sinh lớp 11
nâng cao.
- Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm Mathematica, ứng dụng vào giảng dạy
giải bài tập Vật lí phần Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường và từ
trường lớp 11 nâng cao.
5. Vấn đề nghiên cứu

Sử dụng phần mềm Mathematica như thế nào trong việc dạy giải bài tập vật
lí phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển động của
hạt mang điện trong từ trường” lớp 11 nâng cao?
6. Giả thuyết khoa học của đề tài
Nếu học sinh có kiến thức cơ bản về tin học và nắm vững kiến thức vật lí của phần
“Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường” và “Chuyển


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Tôn Tích Ái. Phương pháp số. NXB ĐHQG Hà Nội, 2001.
2. Tôn Tích Ái. Phần mềm toán cho kĩ sư. NXB ĐHQG Hà Nội, 2005.
3. Tôn Tích Ái. Điện và từ. NXB ĐHQG Hà Nội, 2003.
4. Lƣơng Duyên Bình – Dƣ Trí Công- Nguyễn Hữu Hồ. Vật lí đại cương tập
2: Điện-Dao động- Sóng. NXB Giáo dục, 1994.
5. Lƣơng Duyên Bình (chủ biên)- Nguyễn Hữu Hồ-Lê Văn Nghĩa- Nguyễn
Quang Sính. Bài tập Vật lí đại cương tập 2: Điện-Dao động- Sóng. NXB
Giáo dục, 2003.
6. Hồ Ngọc Đại. Tâm lí học dạy học. NXB Giáo dục,1993.
7. Vũ Cao Đàm. Giáo trình phương pháp luận nghiên cứu khoa học. NXB
Giáo dục, 2008
8. Nguyễn Văn Đồng (chủ biên). Phương pháp giảng dạy Vật lí ở trường phổ
thông, tập 1 và tập 2. NXB Giáo dục, 1979.
9. Nguyễn Kế Hào. Dạy học lấy học sinh làm trung tâm. Tạp chí nghiên cứu
giáo dục số 6/1994.
10.Bùi Quang Hân- Đào Văn Cƣ- Phạm Ngọc Tiến- Nguyễn Thành Tƣơng.
Giải toán Vật lí 11 tập 1: Điện và từ (dùng cho học sinh các lớp chuyên).
NXB Giáo dục, 2003.
11. TS. Nguyễn Thị Phƣơng Hoa. Lí luận dạy học hiện đại. Hà Nội, 2008.
12.Vũ Thanh Khiết- Vũ Quang. Tài liệu giáo khoa chuyên Vật lí 11 tập 1.
NXB Giáo dục, 1997.

13.PGS.TS. Vũ Thanh Khiết (chủ biên)- Vũ Đình Túy. Chuyên đề bồi dưỡng
học sinh giỏi Vật lí trung học phổ thông tập 3: Điện học 2. NXB Giáo dục,
2002.


14.Vũ Thanh Khiết- Lƣơng Duyên Bình-Bùi Quang Hân-Vũ Quang. Bài
tập Vật lí 11- Ban KHTN, Ban KHTN-KT. NXB Giáo dục, 1996.
15.Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên)- Nguyễn Phúc Thuần (chủ biên)Nguyễn Ngọc Hƣng-Vũ Thanh Khiết- Phạm Xuân Quế- Phạm Đình
Thiết- Nguyễn Trần Trác. Vật lí 11 nâng cao. NXB Giáo dục, 2007.
16.Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên)- Nguyễn Phúc Thuần (chủ biên)Nguyễn Ngọc Hƣng-Vũ Thanh Khiết- Phạm Xuân Quế- Phạm Đình
Thiết- Nguyễn Trần Trác. Vật lí 11 nâng cao -Sách giáo viên. NXB Giáo
dục, 2007.
17.Nguyễn Thế Khôi (Tổng chủ biên)- Nguyễn Phúc Thuần (chủ biên)Nguyễn Ngọc Hƣng-Vũ Thanh Khiết- Phạm Xuân Quế- Phạm Đình
Thiết- Nguyễn Trần Trác. Bài tập Vật lí 11 nâng cao. NXB Giáo dục,
2007.
18.Lê Nguyên Long. Thử đi tìm những phương pháp dạy học hiệu quả. NXB
Giáo dục, 1999.
19.Lê Nguyên Long (chủ biên). Giải toán vật lí trung học phổ thông-Một số
phương pháp, 2001.
20.Ngô Diệu Nga. Bài giảng chuyên đề phương pháp nghiên cứu khoa học dạy
học Vật lí, 2005.
21.PGS.TS. Lê Đức Ngọc. Bài giảng Đo lường và đánh giá thành quả học tập
trong giáo dục, Hà Nội 2008.
22.Vũ Quang. Những phương pháp nhận thức trong bộ môn Vật lí ở nhà
trường phổ thông. Viện Khoa học giáo dục, tư liệu Vật lí số 2/1997.
23.Tống Đình Quỳ. Giáo trình xác xuất thống kê. NXB Giáo dục, 1999.
24.Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hƣng, Phạm Xuân Quế. Phương pháp
dạy học Vật lí ở trường phổ thông. NXB Giáo dục, 1999.
25.TS. Đinh Thị Kim Thoa. Bài giảng tâm lí học dạy học. Hà Nội, 2008.

26.Phạm Hữu Tòng. Phương pháp dạy giải bài tập Vật lí. NXB Giáo dục,
1994.
27.Phạm Hữu Tòng. Hình thành kiến thức, kĩ năng, phát triển trí tuệ và năng
lực sáng tạo cho học sinh trong dạy học Vật lí. NXB Giáo dục, 1999.
28.Phạm Hữu Tòng. Lí luận dạy học Vật lí ở trường trung học. NXB Giáo
dục, 2001.
29.Phạm Hữu Tòng- Nguyễn Đức Thâm-Phạm Xuân Quế. Tài liệu bồi
dưỡng thường xuyên giáo viên trung học phổ thông- Chu kì III (2004-2007)
- Môn Vật lí. NXB Đại học sư phạm, 2006.
30.Thái Duy Tuyên. Những vấn đề cơ bản giáo dục học hiện đại. NXB Giáo
dục, 1991.
31.PGS.TS Đỗ Hƣơng Trà. Bài giảng chuyên đề phương pháp dạy học Vật lí,
Hà Nội 2008.
32. Muravier.A.V. Dạy thế nào cho học sinh tự lực nắm vững kiến thức Vật lí
(bản dịch). NXB Giáo dục, 1978.
33.Piaget.J.V. Tâm lí học và giáo dục học. NXB Giáo dục, 1980.
34. V.G.Razumopxki. Phát triển năng lực sáng tạo của học sinh trong dạy học
Vật lí (bản dịch). NXB Giáo dục, 1975.
35.Bộ giáo dục và đào tạo. Tài liệu bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương
trình, sách giáo khoa lớp 11 môn Vật lí. NXB Giáo dục, 2007.