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 ThS. Giáo dục học: 60 14 01 11"

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

LỜI CẢM ƠN

Luận văn này là kết quả của quá
trình học tập và nghiên cứu của tôi
tại Đại học Giáo dục – ĐHQG Hà
Nội. Với tình cảm chân thành, tôi
xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới
các Thầy, các Cô trong trường Đại
học Giáo dục – ĐHQG Hà Nội đã
quan tâm, giúp đỡ tôi trong quá
trình học tập và thực hiện đề tài
này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành và sâu sắc tới thầy giáo GS.TS
TônTích Ái. Mặc dù bận rất nhiều công việc, thầy vẫn luôn quan tâm, khích lệ,
để em có cách làm việc khoa học , hiệu quả hơn và hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo trong tổ vật lí trường THPT Lý
Tử Tấn, cảm ơn các bạn học viên thạc sĩ Lý luận và phương pháp dạy học Vật
lý, các em học sinh, người thân trong gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện thuận
lợi, động viên tôi thực hiện đề tài này. Đặc biệt, em gửi tình cảm và lời cám ơn
đến anh Vương Minh đã luôn ở bên động viên hai mẹ con hoàn thành luận văn.
Cuối cùng, dù rất tâm huyết và hết sức cố gắng xong bản luận văn chắc
chắn còn rất nhiều thiếu sót. Kính mong được sự chỉ dẫn của các nhà khoa học
và các bạn đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 10 năm 2014
Học Viên

Nguyễn Thị Hoàng Mơ

i


DANH MỤC VIẾT TẮT

ĐC

Đối chứng

GV

Giáo viên

HS

Học sinh

TN

Thực nghiệm

TNSP

Thực nghiệm sư phạm

THPT

Trung học phổ thông

CNTT

Công nghệ thông tin

BTVL

Bài tập Vật lí

THPT

Trung học phổ thông

TBDH

Thiết bi dạy học

PTDH

Phương tiện dạy học

ii


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
iii


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

iv

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

v


DANH MỤC BẢNG

Bảng 3.1 : Kết quả bài kiểm tra 30 phút ..................................................................... 87
Bảng 3.2: Các thông số đặc trưng đã được xử lý sau khi tiến hành TNSP của nhóm TN
và nhóm ĐC .............................................................................................................. 88
Bảng 3.3: Giá trị các tham số trung bình cộng ( X ), phương sai (S2), độ lệch chuẩn

(S), hệ số biến thiên (V) ............................................................................................. 88
Bảng 3.4: Bảng phân phối tần suất (Wi) ..................................................................... 88
Bảng 3.5: Bảng phân phối tần số tích lũy (  i ) ........................................................... 89

vi


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1. Sơ đồ mô tả đặc điểm của phương pháp dạy học .......................................... 4
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại bài tập vật lí ........................................................................ 9
Hình 1.3: Đồ thị hàm Cos(xy) dưới dạng 3D ............................................................. 20
Hình 1.4: Đồ thị hàm 1+sin(2t) trong hệ tọa độ cực. .................................................. 20
Hình 1.5: Đồ thị hàm số f(x)= 4x^3+6x^2-9x+2 ....................................................... 25
Hình 1.6: Đồ thị hàm f(x), g(x), h(x) .......................................................................... 27
Hình 1.7 : Đồ thị hàm y(x) với x= sint ; y=sin2t ................................ 28
Hình 1.8. Đồ thị hàm hai biến ba chiều f(x,y) = x2/4 +y2/16 trên đoạn [-5,5]. .......... 28
Hình 1.9 : Đồ thị tham số : x=cost, y=sint, z=t/5 trong khoảng biến thiên của t từ : 0,
8Pi ............................................................................................................................. 29
Hình 1.10 : Đồ thị tham số x=tcos2t, y=tsin2t, z=t/5 trong khoảng biến thiên của t từ :
0, 8Pi ......................................................................................................................... 29
Hình 1.11: Đồ thị động sóng hình Sin ........................................................................ 31
Hình 1.12: Đồ thị đường xoắn ốc động ...................................................................... 31
Hình 2.1. Vectơ động lượng p⃗.................................................................................... 34
Hình 2.2. Hình vẽ hệ kín gồm 3 chất điểm ................................................................. 35


Hình 2.3. Chất điểm khối lượng m chịu tác dụng của một lực F chuyển dời từ vị trí 1
sang vị trí 2 ................................................................................................................ 37
Hình 2.4. Chất điểm chuyển động từ vị trí M đến vị trí N bất kỳ ................................ 39

Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “Các định luật bảo toàn” .......................... 45
Hình 2.6. Sơ đồ phân loại bài tập chương “Các định luật bảo toàn” vật lý.................. 53
Hình 2.7. Hình cho bài 14 .......................................................................................... 58
Hình 2.8. Hình cho bài 15 .......................................................................................... 58
Hình 2.9. Hình cho bài 16 .......................................................................................... 59
Hình 2.10. Mô phỏng cho bài tập 1 ............................................................................ 65
Hình 2.11. Mô phỏng cho bài tập 2ª ........................................................................... 67
Hình 2.12. Mô phỏng cho bài tập 2b .......................................................................... 68
Hình 2.13. Mô phỏng cho bài tập 2c .......................................................................... 69
Hình 2.14. Mô phỏng cho bài tập 8 ............................................................................ 71
Hình 2.15. Mô phỏng cho bài tập 15 .......................................................................... 74
vii


Hình 2.16. Hình cho lời giải bài 16 ............................................................................ 74
Hình 2.17. Mô phỏng cho bài 16 ................................................................................ 75
Hình 2.18. Hình cho lời giải bài 17 ............................................................................ 76
Hình 2.19. Mô phỏng cho bài 17 ................................................................................ 78
Hình 2.20. Mô phỏng cho bài 20 ................................................................................ 81
Hình 3.1. Đồ thị đường phân bổ tần suất .................................................................... 89
Hình 3.2. Đồ thị đường phân bố tần suất tích lũy  i % ............................................... 90

viii


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.
1

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 lư

2