Sử dụng phần mềm toán học mathematica trong việc dạy giải bài tập vật lý chương dòng điện xoay chiều sách giáo khoa vật lý lớp 12 nâng cao

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
---------



---------

NGUYỄN THỊ DIỆU LY

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC
MATHEMATICA TRONG VIỆC DẠY GIẢI BÀI TẬP
VẬT LÝ CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU”
SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ 12 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI - 2012

1


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đổi mới phương pháp dạy học, ứng dụng công nghệ dạy học hiện đại theo
hướng chủ động, tích cực hóa hoạt động của học sinh là một trong những phương
hướng đã được xác định rõ, nhằm nâng cao chất lượng dạy và học hiện nay. Điều này
đã được xác định trong nghị quyết trung ương 4 khoá VII, nghị quyết trung ương 2
khoá VIII, được thể chế trong luật giáo dục (2005). Luật giáo dục, điều 28.2, đã ghi
“Phương 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 dưỡng phương 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 hướng thú và trách nhiệm học tập của
học sinh”.
Việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học trong những năm gần đây được
đặc biệt chú trọng. Hiện nay, cả nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu việc đổi mới
phương pháp giáo dục theo quan điểm ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông
như phần mềm hỗ trợ bài giảng, minh hoạ 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 mạng Internet, thiết bị đa phương tiện để dạy học… Tuy nhiên,
việc sử dụng công nghệ thông tin trong giảng bài tập vật lý 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 là thước đo thực chất đúng đắn sự nắm vững kiến thức, kỹ năng kỹ xảo vật lý
của học sinh 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
kỹ thuật cũng như cũng như trong lĩnh vực giáo dục đào tạo và mang tính thực tiễn cao.
Với đặc thù môn học Vật Lý phổ thông là quan sát, mô phỏng, giải thích hiện tượng,
việc sử dụng một phần mềm công nghệ trong giảng dạy bài tập sẽ giúp học sinh dễ dàng
hiểu và vẫn dụng được, giúp giáo viên và học sinh nâng cao chất lượng dạy và học.
Mathematica là một trong những phần mềm đó. Mathematica có những ưu thế trong việc
mô phỏng các hiện tượng, đồ họa đẹp, thân thiện và dễ sử dụng, có khả năng ứng dụng
cao trong Vật Lý, hoàn toàn là một lựa chọn thích hợp trong việc dạy bài tập Vật Lý phổ
thông cho học sinh hiện nay.

2


Từ những lý do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm Mathematica trong
dạy bài tập vật lý nhằm năng cao chất lượng dạy học vật lý ở trường phổ thông trung
học phổ thông, tôi đã lựa chọn đề tài: Sử dụng phần mềm toán học Mathematica
trong việc dạy giải bài tập vật lý chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa

Vật Lý 12 nâng cao làm đề tài nghiên cứu.

2. Lịch sử nghiên cứu
Trong những năm đã có nhiều người đã ứng dụng phần mềm toán học
Mathematica vào dạy giải bài tập vật lý phổ thông trung học ở các chương, các phần
chẳng hạn như: Sử dụng phần mềm toán học Mathematica trong việc giảng dạy bài
tập vật lý chương “Dao động cơ” - Lớp 12 trung học phổ thông (Luận văn thạc sĩ
Trần Thị Hồng Nhung); Giảng dạy phần cơ học cho học sinh phổ thông chuyên vật
lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica (Luận văn thạc sĩ Trần Thị
Nhàn); Sử dụng phần mềm toán học Mathematica hướng dẫn học sinh giải bài tập
phần “Chuyển động của các hạt mang điện trong điện từ trường” (Luận văn thạc sĩ
Lương Thị Thanh Nhàn)… Nhưng vẫn chưa có tác giả nào làm về đề tài mà tôi đã
chọn nghiên cứu.

3. Mục tiêu nghiên cứu
Vận dụng lý luận về dạy giải 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 vào chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng
cao góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học
sinh.

4. Nhiệm vụ nghiên cứu
-

Nghiên cứu các quan điểm dạy học hiện đại về dạy học, đặc biệt chú trọng

về cơ sở lý luận của việc dạy giải bài tập vật lý,
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica.
Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức
chương

“Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao và các tài liệu có liên
quan nhằm xác định được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng học
sinh cần đạt được.
- Tìm hiều thực tế dạy học phần kiến thức chương “Dòng điện xoay chiều”
sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và
3


học sinh, những sai lầm phổ biến của học sinh. Từ đó đề xuất một số nguyên nhân
của các khó khăn và nêu các biện pháp khắc phục.
-

Soạn thảo hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để

giải và sử dụng hệ thống bài tập này vào việc tổ chức dạy học một số bài tập ở trong
chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao.
-

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 hướng dẫn hoạt động giải bài tập.

5. Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng phần mềm toán học Mathematica trong việc dạy giải hệ thống bài tập
đã được lựa chọn khi dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật
Lý 12 nâng cao.

6. Mẫu khảo sát
-

Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn vật lý chương “Dòng điện

xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao.
-

Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm toán học Mathematica, ứng dụng vào dạy

giải bài tập vật lý chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao.

-

Đối tượng khảo sát: học sinh lớp 12TN1, 12TN2, 12TN5, 12TN6 trường

THPT Việt Đức – Hoàn Kiếm, Hà Nội.

7. Câu hỏi nghiên cứu
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 vào chương “Dòng điện xoay chiều”
sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao như thế nào thì góp phần phát huy tính tích cực
và tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh?

8. Giả thuyết nghiên cứu
Nếu học sinh có kiến thức về việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica
và kiến thức vật lý của chương “Dòng điện xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12
nâng cao, giáo viên soạn thảo được hệ thống bài tập bám sát mục tiêu dạy học và tổ
chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập đó có sử dụng phần mềm toán học
Mathematica, một cách phù hợp thì góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi
dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh.

4


9. Phƣơng pháp chứng minh luận điểm
- Phương pháp nghiên cứu lý luận
+

Nghiên cứu các tài liệu về Tâm lý học, Lý luận dạy học, các tài liệu về

phương pháp dạy học bộ môn Vật lý…
+

Nghiên cứu SGK Vật lý 12 và các tài liệu khoa học đề cập đến vấn đề

“Dòng điện xoay chiều”

+

+

Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica.

-

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Điều tra thực tiễn hoạt động dạy giải bài tập vật lý và việc ứng dụng công

nghệ thông tin trong dạy học vật lý ở một số trường THPT ở Hà Nội.
+

Thực nghiệm sư phạm

- Phương pháp thống kê toán để xử lý thông tin từ thực nghiệm sư phạm

10. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn dự kiến
gồm 3 chương:
Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của hoạt động dạy giải bài tập vật lý
phổ thông có sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica
Chương 2. 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 vào chương "Dòng điện
xoay chiều” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phần phát huy tính tích cực và
tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh.
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm

5


CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG
DẠY GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA
PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA
1.1. Quan điểm hiện đại về dạy học
1.1.1. Quan điểm dạy học
Dạy và học là hai mặt của một quá trình thống nhất biện chứng – quá trình
dạy học. Tuy hai hoạt động dạy và học có cấu trúc khác nhau, nhưng lại có mối quan
hệ qua lại khăng khít với nhau, không thể tách rời.
Theo kiểu dạy học truyền thống cũ, điều quan tâm chủ yếu của giáo viên là sự
trình bày bài giảng của mình về các kiến thức cần dạy cho học sinh sao cho đảm bảo
được nội dung chính xác, sâu lắng, đầy đủ. Nghĩa là theo kiểu dạy học này, trung tâm

chú ý là nội dung kiến thức cần dạy. Dần dần người đã nhận rõ rằng nếu chỉ quan
tâm tới bản thân nội dung kiến thức thì dù có trình bày tốt đến đâu cũng vẫn chưa
phải là sự xác định một cách cụ thể học sinh cần đạt được những khả năng gì trong
hoặc sau khi học, và bằng cách nào đảm bảo cho học sinh đạt được những khả năng
đó. Đó là một nhược điểm cơ bản của kiểu dạy học cũ. Nó hạn chế chất lượng và
hiệu quả dạy học.
Trong mấy thập kỷ qua, để khắc phục nhược điểm của kiểu dạy học cũ, trên
thế giới đã hình thành quan niệm về kiểu dạy học mà trung tâm chú ý là những khả
năng, những hành vi mà người học cần thể hiện ra được, cần đạt được trong hoặc sau
khi học. Những khả năng này được xem là những kết quả mà sự dạy mang lại ở
người học.
a. Quan niệm về mục đích dạy học

dạy học thiên về mệnh lệnh, uy quyền.

6


b. Quan niệm về nội dung dạy học

chuyên môn và là bắt buộc.

c. Quan niệm về phương pháp, phương tiện dạy học

quả truyền đạt.

d. Quan niệm về đánh giá
Quan niệm truyền thống
(GV làm trung tâm)
Kết quả học tập được đo và dự báo với

nhiều phương pháp khác nhau.
Dạy học và đánh giá là hai thành phần
khác nhau của quá trình dạy học.
Chú trọng khả năng tái hiện tri thức
chính xác.

Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và của học sinh trong
sự tương tác thống nhất biện chứng của ba thành phần trong hệ dạy học bao gồm:
Giáo viên – Học sinh – Phương tiện hoạt động dạy học.
Mỗi hoạt động diễn ra theo các pha: định hướng, chấp hành và kiểm tra. Cơ sở
định hướng của hành động có tầm quan trọng đặc biệt với chất lượng hiệu quả của
hành động. Giáo viên có vai trò quan trọng trong việc giúp đỡ cho sự hình thành cơ
sở định huớng khái quát hành động của học sinh. Cơ sở định hướng bao gồm những
7


nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất cho sự thành công của hành động chủ thể. Hoạt
động dạy của giáo viên phải có tác dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phù hợp
với con đường biện chứng của sự hình thành, phát triển và hoàn thiện của hành động.
Theo quan điểm xã hội – tâm lý, học là hoạt động của tác 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.
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 được, có chất
lượng phải là kết quả của sự thích ứng của người học là hoạt động xây dựng nên tri
thức mới với tính cách là phương tiện tối ưu giải quyết tình huống.
Dạy học là dạy hành động (hành động chiếm lĩnh tri thức và hành động vận
dụng tri thức) và do đó trong dạy học, giáo viên cần tổ chức các tình huống học tập

đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm lĩnh được tri thức đồng
thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình.
Trong sự vận hành của hệ tương tác dạy học gồm: Người dạy (giáo viên) –
Người học (học sinh) – Tư liệu hoạt động dạy học (môi trường) thì giáo viên là
người ổ chức, kiểm tra, định hướng hành động của học sinh theo một chiến lược 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 toàn diện của học sinh từng bước phát triển. Có thể mô
tả sự tương tác dạy học bằng sơ đồ như hình sau:
Định hướng

Giáo viên

Liên hệ ngược
Liên hệ
ngược

Học sinh

Thích ứng

Tổ chức

Tư liệu
Hoạt động dạy học
(Môi trường)
Sơ đồ 1.1: Sự tương tác dạy học
8


Hành động của giáo viên với tư liệu hoạt động dạy học là tổ chức tư liệu và

qua đó cung cấp tư liệu, tạo tình huống cho hoạt động của học sinh. Tác động của
giáo viên tới học sinh là sự định hướng củah giáo viên đối với hoạt động học sinh
với tư liệu, định hướng của giáo viên với sự tương tác trao đổi giữa học sinh với
nhau và qua đó định hướng cả sự cung cấp những thông tin liên hệ ngược từ phía học
sinh cho giáo viên.
Hành động học của học sinh với tư liệu 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. Tương 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. Phương pháp dạy học tích cực
1.1.2.1. Dạy học tăng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo
thông qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của học sinh.
Dạy học thay vì lấy “Dạy” làm trung tâm sang lấy “Học” làm trung tâm.
Trong phương pháp tổ chức, người học – đối tượng của hoạt động “dạy”, đồng thời
là chủ thể của hoạt động “học” – được cuốn hút vào các hoạt động học tập do GV tổ
chức và chỉ đạo, thông qua đó tự lực khám phá những điều mình chưa rõ, chưa có
chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức đã được GV sắp đặt.
1.1.2.2. Dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự
học của học sinh.
PPDH tích cực xem việc rèn luyện phương pháp học tập cho HS không chỉ là
một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học mà còn là một mục tiêu dạy học.
Trong xã hội hiện đại đang biến đổi nhanh, với sự bùng nổ thông tin khoa
học, kỹ thuật, công nghệ phát triển như vũ bão thì không thể nhồi nhét vào đầu óc
HS khối lượng kiến thức ngày càng nhiều.
Trong các phương pháp học thì cốt lõi là phương pháp tự học. Nếu rèn luyện
cho HS có được phương pháp, kỹ năng, thói quen, ý chí tự học thì sẽ tạo cho họ lòng
ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi con người, kết quả học tập sẽ được nhân
lên gấp bội.

1.1.2.3. Dạy học phân hóa kết hợp với hợp tác
Trong một lớp học trình độ kiến thức, tư duy của HS thường không thể đồng
đều, vì vậy khi áp dụng PPDH tích cực buộc phải chấp nhận sự phân hóa về cường
9


độ, mức độ, tiến độ hoàn thành nhiệm vụ học tập, nhất là khi bài học được thiết kế
thành một chuỗi hoạt động độc lập. Áp dụng PPDH tích cực ở trình độ càng cao thì
sự phân hóa này càng lớn.
Tuy nhiên, trong học tập, không phải mọi tri thức, kĩ năng, thái độ đều được
hình thành bằng những hoạt động độc lập cá nhân. Lớp học là môi trường giao tiếp
thầy – trò, trò – trò, tạo nên mối quan hệ hợp tác giữa các cá nhân trên con đường
chiếm lĩnh nội dung học tập.
Bảng 1.1 So sánh phương pháp dạy học tích cực và phương pháp dạy học thụ động

Dạy học thụ động
1.

Tập trung vào hoạt động của giáo viên

2.

Giáo viên thuyết trình là chính.

3.

Học sinh lắng nghe lời giản của giáo
viên, ghi chép và học thuộc.

4.

Giáo viên cố gắng truyền đạt hết những
kiên thức và kinh nghiệm của mình để
hoàn thành bài giảng.

5.

Giao tiếp Thầy – Trò nổi lên hàng đầu

6.

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

7.

Giáo viên cho ví dụ mẫu rồi yêu cầu học
sinh làm những trường hợp tương tự.

8.

Không phát huy được tính tích cực học
tập của học sinh tham gia xây dựng bài.

9.

Học sinh lệ thuộc hoàn toàn vào TLGK
và sự thuyết trình của giáo viên.

10.

Giáo viên độc quyền đánh giá và cho
điểm cố định, đánh giá theo sự ghi nhớ
thông tin có sẵn.

1.2. Những vấn đề lý luận về dạy giải bài tập vật lý
1.2.1. Khái niệm bài tập vật lí
Trong dạy học vật lí, bài tập vật lí có một ý nghĩa vô cùng quan trọng trong
việc củng cố, đào sâu, mở rộng, hoàn thiện kiến thức về mặt lý thuyết và rèn luyện
10


cho học sinh khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, góp phần vào việc giáo dục
tổng hợp và hướng nghiệp. Hoạt động giải bài tập vật lí không những là một trong
những cách thức để học sinh vận dụng kiến thức cũ mà còn có thể giúp cho học sinh
tự lực phát hiện ra kiến thức mới, qua đó tạo cơ sở cho tính tự lực, tích cực trong học
tập của học sinh. Bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi phải giải
quyết, bằng những suy lý lôgic, phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các khái niệm,
các thuyết, các định luật và các phương pháp vật lí.
Theo nghĩa rộng, bài tập vật lí được hiểu là vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài
liệu giáo khoa chính là bài tập đối với học sinh. Sự tư duy, tìm tòi, giải quyết vấn đề
gặp phải đó là học sinh đã giải bài bài tập.

1.2.2. Tác dụng của BTVL trong hoạt động dạy học vật lí
Mục tiêu của dạy học vật lí ở trường phổ thông là phải đảm bảo trang bị đầy
đủ cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, hiện đại, làm cho học sinh có thể
vận dụng những kiến thức đó để giải quyết nhiệm vụ học tập. Để đạt được những
nhiệm vụ trên đồi hỏi học sinh phải được rèn luyện một cách thường xuyên, kết hợp
nhiều phương pháp. Bài tập vật lí là một trong những phương pháp được vận dụng có
hiệu quả trong dạy học vật lí. Nó có một tầm quan trọng đặc biệt góp phần vào việc

hoàn thành nhiệm vụ dạy học vật lí ở phổ thông. Tùy thuộc vào những tình huống cụ
thể, bài tập vật lí được sử dụng theo các mục đích khác nhau [31].
-

Bài tập vật lí có thể được sử dụng như là phương tiện nghiện cứu tài liệu

mới khi trang bị kiến thức cho học sinh nhằm đảm bảo cho học sinh lĩnh hội được
kiến thức một cách sâu sắc và vững chắc
-

Bài tập vật lí là một phương tiện để học sinh rèn luyện khả năng vận dụng

kiến thức, liên hệ học tập với thực tế.
-

Bài tập vật lí là một phương tiện có tầm quan trọng đặc biệt trong việc rèn

luyện tư duy, bồi dưỡng phương pháp nghiên cứu khoa học cho học sinh.
Bởi vì, giải bài tập vật lí là một hình thức làm việc tự lực căn bản của học
sinh. Trong quá trình làm bài tập, học sinh phải phân tích điều kiện đầu bài, tự xây
dựng những lập luận, thực hiện các tính toán, khi cần thiết phải tiến hành các thí
nghiệm, thực hiện các phép đo, xác định sự phụ thuộc theo một hàm số nào đó giữa
các đại lượng, kiểm tra các kết luận của mình. Trong những điều kiện đó tư duy
lôgic, tư duy sáng tạo của học sinh được phát triển, năng lực tự làm việc của học sinh
được nâng cao.
11


-

Bài tập vật lí là một phương tiện để củng cố, ôn tập kiến thức đã học một

cách sinh động và hiệu quả
Khi giải các bài tập, đòi hỏi học sinh phải nhớ lại các công thức, định luật, kiến
thức đã học, cũng có khi bài tập đòi hỏi sự vận dụng kiến tổng hợp của cả một chương
hay một phần của chương trình. Do vậy, học sinh sẽ hiểu rõ hơn và ghi nhớ tốt hơn các
kiến thức đã học và không thụ động tiếp thu các kiến thức mới. Mặt khác, thông qua đó
giáo viên có thể đánh giá chính xác về mức độ nhận thức của học sinh, đồng thời phát
hiện được những “lỗ hổng” về mặt kiến thức của học sinh. Từ đó, giáo viên có những
điều chỉnh kịp thời trong phương pháp giảng dạy cũng như việc kiểm tra đánh giá, điều
chỉnh lượng kiến thức sao cho phù hợp với từng đối tượng học sinh.

-

Thông qua việc giải bài tập vật lí có thể rèn luyện cho học sinh những đức

tính tốt như tinh thần tự lập, tính cẩn thận, sự kiên trì cũng như tinh thần vượt khó.
-

Bài tập vật lí là phương tiện để kiểm tra đánh giá kiến thức, kĩ năng của học

sinh một cách chính xác.
Việc giải bài tập vật lí đôi khi không phải là một việc đơn giản và nhẹ nhàng
đối với học sinh. Việc giải bài tập vật lí đòi hỏi học sinh phải nỗ lực vượt qua những
khó khăn đặt ra và để làm được điều đó yêu cầu học sinh phải ghi nhớ các kiến thức
đã học và vận dụng trong những tình huống cụ thể. Nhưng việc giải bài tập vật lí
thành công cũng luôn đem đến cho học sinh sự say mê, niềm phấn khởi và tăng thêm
sự yêu thích của học sinh đối với bộ môn vật lí.

1.2.3. Sử dụng bài tập vật lý trong dạy học vật lý

1.2.3.1. Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lý
a. Cần dự tính kế hoạch về việc sử dụng BTVL trong dạy học, với từng đề tài,
từng tiết học
Xác định mục đích sử dụng bài tập, các mục đích có thể là:
- Dùng bài tập làm xuất hiện vấn đề trong các tiết nghiên cứu tài liệu mới.
- Dùng bài tập hình thành kiến thức mới.
- Dùng bài tập để củng cố, bổ sung, hoàn thiện những kiến thức lý thuyết đã
học.

-

Lựa chọn bài tập điển hình nhằm hướng dẫn học sinh vận dụng kiến thức đã

học để giải, từ đó hình thành phương pháp giải chung cho mỗi loại bài tập đó.
- Dùng bài tập để kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh.

12


-

Sắp xếp các bài tập đã chọn thành một hệ thống, định rõ kế hoạch và mục

đích sử dụng trong tiến trình dạy học
- Kế hoạch sử dụng BTVL trong dạy học [20]

STT bài
trong SGK

……

b. Dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức để giải quyết về đặt ra, rèn cho
học sinh kỹ năng giải những bài toán cơ bản
c. Coi trọng việc phát triển tư duy
1.2.3.2. Phân loại bài tập vật lý
Có nhiều cách phân loại BTVL dựa trên cơ sở khác nhau. Trong nghiên cứu
của mình, chúng tôi phân loại bài tập vật lí theo nội dung; theo yêu cầu phát triển tư
duy; theo phương thức cho điều kiện của bài toán hay theo phương thức giải.
Trên cơ sở đó, chúng tôi có bảng phân loại bài tập vật lí (xem hình 1.1) [18].


13


SƠ ĐỒ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ

Bài tập vật lý

Phân loại theo nội
dung

BT có
Bài tập

nội dung
Đề tài vật

có nội

cụ thể

lý

dung lịch

hoặc trừu
sử

tượng

Cơ

Nhiệt

Điện

Quang


Hình 1.1. Sơ đồ phân loại bài tập Vật Lý

14


a. Phân loại theo nội dung của bài tập vật lí
- Theo đề tài của tài liệu vật lí
Bài tập vật lí theo đó được phân biệt thành các bài tập cơ học, điện học, nhiệt
học, quang học…. Các bài tập này thường xuất hiện ngay sau khi nghiên cứu tài liệu
mới về một vấn đề nào đó. Sự phân chia này chỉ mang tính chất quy ước, bởi vì kiến
thức được sử dụng trong giả thiết của bài tập vật lí thường không chỉ lấy ở một chương
mà có thể lấy ở những phần khác nhau trong chương trình vật lí đã học.

- Bài tập có nội dung trừu tượng và bài tập có nội dung cụ thể
Bài tập vật lí có nội dung trừu tượng là những bài tập trong điều kiện của nó,
bản chất vật lí của hiện tượng đã được nêu lên, những chi tiết không bản chất đã được
lược bỏ bớt. Bài tập loại này sẽ giúp học sinh nhận ra cần phải sử dụng những công
thức, định luật hay kiến thức vật lí nào để giải quyết bài tập đó. Do đó, bài tập loại này
thường được áp dụng cho học sinh tập dượt, vận dụng các công thức vừa học.
Bài tập có nội dung cụ thể là bài tập mà trong điều kiện của nó, những số liệu
chi tiết của bài tập đã được nêu cụ thể còn bản chất vật lí của hiện tượng vật lí chưa
được sáng tỏ. Khi giải bài tập vật lí loại này, học sinh phải nhận ra rõ bản chất của hiện
tượng vật lí và phải phân tích các dữ kiện để làm sáng tỏ vấn đề.
- Bài tập có nội dung kỹ thuật tổng hợp
Bài tập có nội dung kỹ thuật tổng hợp là loại bài tập mà nội dung của nó chứa
đựng những tài liệu về kỹ thuật, sản xuất công nghiệp, sản xuất nông nghiệp, về giao
thông liên lạc… Bài tập loại này sẽ giúp học sinh liên hệ được lý thuyết với thực hành,
học tập với thực tiễn của cuộc sống, cho học sinh thấy được khoa học vật lí ở xung
quanh chúng ta.
- Bài tập có nội dung lịch sử
Bài tập có nội dung lịch sử là những bài tập chứa đựng những kiến thức có đặc
điểm lịch sử, những dữ kiện về các thí nghiệm vật lí cổ điển, về những phát minh sáng
chế hay về những câu chuyện có tính chất lịch sử.
- Bài tập vui
Bài tập vui là những bài tập sử dụng những dữ kiện, hiện tượng kì lạ hoặc vui,
dí dỏm, hài hước… Loại bài tập này sẽ làm cho tiết học thêm sinh động, nâng cao
hứng thú học tập của học sinh.

15


b. Phân loại theo phương thức cho điều kiện hoặc phương thức giải
- Bài tập định tính

Bài tập định tính là những bài tập khi giải, học sinh chỉ phải làm những phép
tính đơn giản hoặc có thể nhẩm được. Học sinh muốn giải được bài tập loại này phải
thực hiện những phép suy luận lôgic. Do đó, học sinh phải hiểu rõ bản chất của các
khái niệm, định luật vật lí và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong các
trường hợp cụ thể. Qua đó, học sinh đưa được lý thuyết vào đời sống xung quanh.
Chính vì vậy, những bài tập loại này làm tăng thêm hứng thú cho môn học, tạo điều
kiện cho việc phát triển và rèn luyện khả năng quan sát ở học sinh. Bài tập loại này
thường được sử dụng ưu tiên hàng đầu sau khi học xong lý thuyết và trong khi củng
cố, ôn tập kiến thức cho học sinh.
- Bài tập định lượng
Bài tập định tính là loại bài tập mà muốn giải được chúng phải thực hiện một
loạt các phép tính và kết quả thu được là một đáp số định lượng.
Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập đơn giản trong đó chỉ đề cập đến
những hiện tượng, một định luật và sử dụng một vài phép tính đơn giản. Nó có tác
dụng củng cố kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ về ý nghĩa của các
định luật và công thức biểu diễn chúng.
Bài tập tính toán tổng hợp là loại bài tập mà muốn giải được thì yêu cầu ta phải
vận dụng nhiều khái niệm, định luật, công thức. Bài tập loại này giúp học sinh đào sâu,
mở rộng kiến thức, thấy được mối quan hệ giữa các thành phần khác nhau của chương
trình, biết phân tích và lựa chọn kiến thức đã học để giải quyết vấn đề do bài tập đặt ra.
- Bài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm là loại bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm chứng lời
giải bằng lý thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập. Bài tập thí nghiệm có
nhiều tác dụng về mặt giáo dục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt làm sáng tỏ
mối quan hệ giữa lý luận và thực tiễn.
- Bài tập đồ thị
Bài tập đồ thị là bài tập trong đó các số liệu được dùng làm dữ kiện để giải phải
tìm trong đồ thị đã cho trước hoặc ngược lại. Bài tập đòi hỏi học sinh phải biểu diễn
quá trình diễn biến của hiện tượng đã nêu trong bài tập.

16


- Bài tập trắc nghiệm khách quan
Bài tập dạng trắc nhiệm khách quan thường dùng để kiểm tra kiến thức trong
một phạm vi rộng, số lượng người được kiểm tra nhiều, kết quả thu được khách quan
không phụ thuộc vào người chấm. Bài tập dạng này yêu cầu học sinh phải nhớ, hiểu và
vận dụng đồng thời rất nhiều các kiến thức liên quan.
c. Phân loại theo yêu cầu luyện tập kỹ năng, phát triển tư duy trong quá trình
dạy học
- Bài tập luyện tập
Bài tập luyện tập là loại bài tập dùng để rèn luyện cho học sinh áp dụng được
những kiến thức xác định để giải từng bài tập theo mẫu xác định. Ở đó không đòi hỏi
học sinh phải tư duy sáng tạo mà chủ yếu để cho học sinh luyện tập, nắm vững được
cách giải đối với một loại bài tập xác định đã được chỉ dẫn.
- Bài tập sáng tạo
Bài tập sáng tạo là loại bài tập để phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh.
Bài tập nghiên cứu: khi cần giải thích một hiện tượng chưa biết trên cơ
sở mô hình trừu tượng thích hợp từ lý thuyết vật lí.
Bài tập thiết kế: bài tập loại này là bài tập xây dựng mô hình thực
nghiệm để kiểm tra kết quả rút ra được từ lý thuyết.
1.2.3.3. Lựa chọn bài tập vật lý
a. Căn cứ để lựa chọn BTVL
- Mục đích sử dụng.
- Trình độ xuất phát của học sinh.
- Thời gian cho phép sử dụng.
b. Số lượng và nội dung bài tập được lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau
- Phù hợp với mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng giải
bài tập.
- Hệ thống bài tập bao gồm nhiều thể loại.

-

Chú ý thích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh

vượt qua những khó khăn chủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến.
- Các bài tập đưa ra phải có tính hệ thống
-

Các bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời có

chú ý tới sự phân hóa học sinh
17


1.2.4. Phương pháp giải bài tập vật lý
Mục tiêu cần đạt tới khi giải một bài toán vật lý là tìm được câu trả lời đúng
đắn, giải đáp được vấn đề đặt ra một cách có căn cứ khoa học chặt chẽ.
Quá trình giải một bài toán vật lý thực chất là quá trình tìm hiểu điều kiện của
bài toán, xem xét hiện tượng vật lý được đề cập và dựa trên kiến thức vật lý, toán để
nghĩ tới những mối liên hệ có thể có của những cái đã cho và cái phải tìm, sao cho có
thể thấy được cái phải tìm có liên hệ trực tiếp hoặc gián tiếp với cái đã cho. Từ đó đi
tới chỉ rõ được mối liên hệ tường minh trực tiếp của cái phải tìm với những cái đã biết,
tức là tìm được lời giải đáp.
Các công thức, phương thức mà ta xác lập được dựa theo các kiến thức vật lý
và điều kiện cụ thể của bài toán là sự biểu diễn những mối liên hệ định lượng giữa các
đại lượng vật lý. Trong các phương trình đó, tùy theo điều kiện của đề bài cụ thể mà có
thể đại lượng này là đại lượng đã cho, đại lượng kia là đại lượng chưa biết và có thể
đại lượng khác nữa chưa biết. Nó không phải là cái đề bài hỏi, nhưng cũng kông phải
là đại lượng đã cho.
Ta có thể mô hình hóa các mối quan hệ của cái đã cho, cái phải tìm và cái chưa

biết như hình sau, trong đó (X) là cái phải tìm; A, B… là những cái đã cho; a, b… là
cái chưa biết.

X

A

B

a

b

Giả sử khi giải một bài toán nào đó, phân tích điều kiện trong đề bài và dựa trên
cơ sở kiến thức vật lý, ta dẫn ra được sáu mối liên hệ được mô hình hóa như ở hình
1.2.

18


1

X

A

a

b

B

a

c

C

D

c

b

B

d

e

G

H

d

2

3

4

5

6

I

K

e

Hình 1.2 Mô hình quá trình làm sáng tỏ các yếu tố chưa biết trong các mối liên hệ
đã xác lập để đi đến xác định được cái phải tìm.

Từ mối liên hệ (3) rút ra c
Thế c vào (2) rút ra a

19


Từ (5) rút ra d. Từ (6) rút ra e
Thế d và e vào (4) rút ra b
Thế a và b vào (1) rút ra x
Sự phân tích trên đây về hoạt động giải bài toán vật lý cho thấy hai phần việc
cơ bản quan trọng là:
-

Việc xác lập được những mối liên hệ cơ bản cụ thể dựa trên sự vận dụng đến

kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài toán đã cho.
-

Sự tiếp tục luận giải, tính toán đi từ những mối liên hệ đã xác lập được đến kết

luận cuối cùng của việc giải đáp vấn đề trên việc được đặt ra trong bài toán.
Sự thực hiện hai phần việc này có thể theo trình tự như trong ví dụ trên, nhưng
cũng có thể xen kẽ, hòa lẫn với nhau. Dù trong trường hợp nào thì về mặt vật lý điều
mấu chốt quan trọng của việc giải bài toán vẫn là phải xác lập được những mối liên hệ
cụ thể cần thiết của cái phải tìm và cái đã cho dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lý
vào điều kiện cụ thể của bài toán.
Sự nắm vững lời giải bài toán vật lý phải thể hiện ở khả năng trả lời được câu hỏi:

- Việc giải bài toán này cần xác lập được những mối liên hệ cơ bản nào?
-

Sự xác lập các mối liên hệ cơ bản cụ thể này dựa trên sự vận dụng kiến thức

vật lý gì, vào điều kiện cụ thể gì của bài toán?
Sự nắm vững như vậy của người giáo viên vật lý sẽ giúp cho sự định hướng
phương pháp dạy giải bài toán một cách đúng đắn và có hiệu quả.
Đối với những bài toán đơn giản thì khi vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện
cụ thể của bài toán ta có thể thấy ngay được mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm với
cái đã cho. Chẳng hạn có thể dẫn ra ngay một công thức vật lý mà trong đó có chứa
đại lượng phải tìm cùng với các đại lượng khác đều là các đại luợng đã cho hoặc đã
biết. Nhưng đối với các bài toán phức tạp hơn thì thường không thể dẫn ra ngay được
mối liên hệ trực tiếp của cái phải tìm và cái đã cho mà phải dựa trên một số các mối
liên hệ cơ bản trong đó có chứa yếu tố phải tìm hoặc yếu tố đã cho cùng với các yếu tố
khác chưa cho biết, rồi tiếp tục luận giải để đi tới X. Lập được mối liên hệ trực tiếp
của cái phải tìm chỉ với các cái đã cho.

Trong sự vận hành các mối liên hệ cơ bản để đi đến xác định được cái phải tìm
ta thấy có vai trò quan trọng của các kiến thức, kỹ năng toán học cùng với những kiến
thức vật lý. Sự nắm vững lời giải một bài toán vật lý phức tạp phải thể hiện ở khả năng
20


trả lời được câu hỏi: Sơ đồ tiến trình luận giải để từ những mối liên hệ cơ bản đã xác
lập được đi đến kết quả cuối cùng của việc giải bài toán là như thế nào?
Trong nhiều bài toán vật lý, khó khăn chủ yếu đối với học sinh có thể là ở khâu
vận dụng kiến thức toán học. Giáo viên vật lý cần thấy rõ điều đó để có thể hướng dẫn
giúp đỡ học sinh đúng chỗ cần thiết nhất.
Đối với các bài tập định tính, không cần phải tính toán quá phức tạp, nhưng vẫn
cần có sự tư duy lôgic từng bước để đi đến kết luận cuối cùng. Trong những trường
hợp này ta cũng có thể mô hình hóa tiến trình luận bằng một sơ đồ khái quát.
Dưới đây là một ví dụ diễn tả quá trình luận giải như sau: Nhờ mối liên hệ (1)
rút ra kết luận a. Dựa trên kết luận a cùng với mối liên hệ (2) rút ra kết luận b. Dựa
trên kết luận b cùng với mối liên hệ (3) rút ra kết luận cuối cùng c.

(1)
Rút ra

Đối với các “bài toán thí nghiệm” có đặc điểm nghiên cứu thực nghiệm về một
sự liên hệ phụ thuộc nào đó thì quá trình giải bài toán chính là quá trình làm rõ những
điều kiện mà trong đó mối liên hệ phụ thuộc cần nghiên cứu có thể xảy ra, ta xác định
phương án thí nghiệm cho phép thu lượm những thông tin cần thiết cho sự khảo sát về
sự liên hệ phụ thuộc đó; nắm vững những dụng cụ đo lường cần sử dụng; lắp ráp các
dụng cụ; tiến hành thí nghiệm và ghi lại các kết quả quan sát; đo cần thiết, xử lý kết
quả; kết luận về sự liên hệ phụ thuộc nghiên cứu.
Không thể nói về một phương pháp chung, vạn năng có thể áp dụng để giải
quyết được mọi bài tập vật lý. Tuy nhiên từ sự phân tích về thực chất hoạt động giải

bài tập vật lý như trình bày ở trên, ta có thể chỉ ra những nét khái quát, xem như một
sơ đồ định hướng các bước chung của tiến trình giải một bài tập vật lý. Theo các bước
chung của tiến trình giải một bài tập vật lý, giáo viên có thể kiểm tra hoạt động của
học sinh và có thể giúp đỡ định hướng hành động giải bài tập của học sinh một cách có
hiệu quả. Nói chung, tiến trình giải một bài tập vật lý trải qua các bước [28].
Bước 1: Tìm hiểu đề bài
- Đọc, ghi ngắn gọn các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm
- Mô tả lại tình huống được nêu trong bài, vẽ hình minh họa
21


-

Nếu đề bài yêu cầu thì phải dùng đồ thị hoặc làm thí nghiệm để thu được các

dữ liệu cần thiết
Bước 2: Xây dựng lập luận để xác lập các mối liên hệ cơ bản của các dữ liệu
xuất phát và các dữ liệu phải tìm
-

Đối chiếu các dữ liệu xuất phát và cái phải tìm, xem xét bản chất vật lý của

tình huống đã cho để nghĩ đến các kiến thức, các định luật, các công thức có liên quan
- Xác lập các mối liên hệ cơ bản cụ thể của các dữ liệu xuất phát và của cái phải
tìm

-

Tìm kiếm, lựa chọn các mối liên hệ tối thiểu cần thiết, sao cho thấy được có

mối liên hệ giữa cái phải tìm với các dữ liệu xuất phát, từ đó hy vọng có thể rút ra cái
cần tìm
+ Xây dựng lập luận trong giải bài tập định tính.
- Xây dựng lập luận trong giải bài tập giải thích hiện tượng
-

Giải thích hiện tượng thực chất là cho biết một hiện tượng và lý giải xem

vì sao hiện tượng lại xảy ra như thế.
-

Trong các bài tập này, bắt buộc phải thiết lập được mối quan hệ giữa hiện

tượng cụ thể với một số đặc tính của sự vật hay với một định luật vật lý.
-

Thực hiện phép suy luận logic, luận ba đoạn trong đó tiật vấn đề thứ nhất

là một đặc tính chung của sự vật hoặc định luật vật lý tổng quát, tiền đề thứ hai
là những điều kiện cụ thể, kết luận về hiện tượng được nêu ra.
- Xây dựng lập luận trong giải bài tập dự đoán hiện tượng
-

Dự đoán hiện tượng thực chất là căn cứ vào những điều kiện cụ thể của đề

bài, xác định những định luật chi phối hiện tượng và dự đoán được thực hiện gì
xảy ra và xảy ra như thế nào.
-

Ta thực hiện suy luận lôgic, thiết lập luận ba đoạn, trong đó ta mới biết

tiền đề thứ hai (phán đoán khẳng định riêng), cần phải tìm tiền đề thứ nhất
(phán đoán khẳng định chung) và kết luận (phán đoán khẳng định riêng).
-

Trong trường hợp hiện tượng xảy ra phức tạp, ta phải xây dựng một chuỗi

luận ba đoạn liên tiếp ứng với các giai đoạn diễn biến của hiện tượng
- Xây dựng lập luận trong bài tập định lượng.
- Phương pháp phân tích:
Tìm một định luật hoặc một quy tắc diễn đạt bằng một công thức có chứa đại
lượng cần tìm và một vài đại lượng khác chưa biết.
22


Tiếp tục tìm những định luật, công thức khác cho biết mối liên hệ giữa các đại
lượng chưa biết ở trên với các đại lượng đã cho.
Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm với các đại
lượng đã cho.
- Phương pháp tổng hợp:
Từ những đại lượng đã cho ở đề bài. Dựa vào các định luật, quy tắc vật lý, tìm
những công thức có chứa đại lượng đã cho với các đại lượng trung gian mà ta dự kiến
có liên quan đến đại lượng cần tìm.
Suy luận toán học, đưa đến công thức chỉ chứa đại lượng phải tìm với các đại
lượng đã cho.
Bước 3: Luận giải
Từ các mối liên hệ cần thiết đã xác lập được, tiếp tục luận giải, tính toán để rút
ra kết quả cần tìm.
Bước 4: Kiểm tra, xác nhận, kết quả.
- Kiểm tra xem đã trả lời hết các câu hỏi, xét hết các trường hợp chưa.

- Kiểm tra lại xem tính toán có đúng không.
- Kiểm tra thứ nguyên xem có phù hợp không.
- Xem xét kết quả về ý nghĩa thực tế xem có phù hợp không.
- Kiểm tra kết quả bằng thực nghiệm xem có phù hợp không.
- Giải bài toán theo một cách khác xem có cho cùng kết quả không.
Trong thực tế giải các bài tậpvật lý ta thấy không nhất thiết có sự tách bạch một
cách cứng nhắc giữa bước thứ ba với bước thứ hai đã trình bày ở trên. Không phải bao
giờ người ta cũng xác lập xong xuôi hệ phương trình rồi mới bắt đầu luận giải với hệ
phương trình để rút ra kết quả cần tìm. Có thể là sau khi xác lập được mối liên hệ vật
lý cụ thể nào đó, người ta thực hiện ngay sự luận giải với mối liên hệ đó (biến đổi
phương trình đó) rồi tiếp sau đó lại xác lập các mối liên hệ (các phương trình) cần thiết
tiếp theo. Tuy nhiên như đã nói ở mục trước, ở đây vẫn thể hiện hai hoạt động kế tiếp
nhau. Đó là việc vận dụng kiến thức vật lý vào điều kiện cụ thể của bài tập để xác lập
một mối liên hệ cơ bản cụ thể nào đó và việc luận giải này có thể cho phép xác lập
được các mối liên hệ mới, xem như là hệ quả của các mối liên hệ đã xác lập được
trước đó. Tất cả các mối liên hệ này hợp thành hệ thống các mối liên hệ (hệ phương
trình) cần thiết cho việc rút ra cái cần tìm. Vì vậy là nếu khái quát hóa phương pháp
23