Giải bài tập chương dao động cơ vật lý lớp 12 trung học phổ thông bằng ngôn ngữ lập trình matlab

ĐẠI HỌC QUỐC GIA
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN VĂN THUẬN

GIẢI BÀI TẬP CHƯƠNG "DAO ĐỘNG CƠ" VẬT LÝ LỚP
12 TRUNG HỌC PHỔ THƠNG BẰNG NGƠN NGỮ LẬP
TRÌNH MATLAB
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

Chuyên ngành: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN VẬT LÝ

Mã số: 601410
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT

HÀ NỘI – 2012

1


MỤC LỤC
Lời cảm ơn…………………………………………………………………..i
Danh mục viết tắt……………………………………………………………ii
Danh mục các bảng hình…………………………………………………….iii
Mục lục………………………………………………………………………iV
MỞ ĐẦU..........................................................................................................1
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG GIẢI
BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THƠNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM
MATLAP..........................................................................................................5
1.1. Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập Vật lí…………………………..5
1.1.1. Khái niệm về bài tập Vật lí …………………………………………….5

1.1.2. Vai trị của bài tập vật lí ………………………………………….……5
1.1.3. Phân loại bài tập vật lí …………………………………………………7
1.1.4. Phƣơng pháp giải bài tập vật lí ……………………………………….13
1.1.5. Hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lí………………………………...16
1.1.5.2. Hƣớng dẫn tìm tịi (Hƣớng dẫn Ơrixtic)……………………..…… 17
1.2.Vai trị, ý nghĩa của việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy học….……...19
1.2.1. Giáo dục và cơng nghệ………………………………………………..19
1.2.2. Vai trị của CNTT trong dạy học Vật lí……………………………….20
1.2.3. Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học mơn Vật lí……...21
1.2.4. Ƣu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí…22
1.3. Giới thiệu phần mềm Matlab...................................................................23
1.3.1. Các kiểu dữ liệu……………………………………………………….24
1.3.2. Các phép tính với ma trận………………………………………...…..24
1.3.3. Cú pháp……………………………………………………………….25
1.3.4. Cú pháp đặc biệt (syntactic sugar)…………………………………….26
1.3.5. Tính năng vẽ đồ thị…………………………………………………...26
1.4. Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lí ở một
số trƣờng phổ thơng………………………………………………………….27

5


1.4.1. Đối với giáo viên……………………………………………………...27
1.4.2. Đối với học sinh………………………………………………………29
Kết luận chƣơng 1...........................................................................................30
Chƣơng 2: HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG
GIẢI BÀI TẬP CHƢƠNG DAO ĐỘNG CƠ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA
PHẦN MỀM MATLAB……………………………………………………31
2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần “Dao động cơ ” chƣơng trình Vật lí 12
Cơ bản………………………………………………………………….……31

2.1.1. Vị trí chƣơng “Dao động cơ ” trong chƣơng trình Vật lí 12 cơ bản…..31
1.2. Chuẩn kiến thức, kĩ năng……………………………………...………...31
2.1.3. Sơ đồ cấu trúc nội dung chƣơng………………………………………33
2.2. Tóm tắt mội dung kiến thức cơ bản……………………………………..35
2.2.1. Các khái niệm cơ bản ………………………………………………...35
2.2.2. Các công thức sử dụng………………………………………………..35
2.3. Đặc điểm, cấu trúc nội dung chƣơng “Dao động cơ ” vật lí 12 Ban cơ bản....37
2.3.1. Nội dung chƣơng trình Vật lý 12 Cơ bản..............................................37
2.3.2. Về phân phối chƣơng trình....................................................................38
2.4. Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập chƣơng Dao động cơ……........38
2.4.1. Phân loại bài tập chƣơng Dao động cơ……………………………….38
2.4.2. Soạn thảo hệ thống bài tập chƣơng Dao động cơ……………………..39
2.4.3. Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng hệ thống bài tập đã soạn thảo....41
Kết luận chƣơng 2…………………………………………………………...61

6


Chƣơng 3: THƢ̣C NGHIỆM SƢ PHẠM ………………………………………..61
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của TNSP……………………………………….62
3.2. Đối tƣợng, thời gian và phƣơng thức TNSP.............................................62

3.2.1. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm..........................................................62
3.3. Phân tích và đánh giá thực nghiệm sƣ phạm............................................63
3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong q trình TNSP..........63
3.3.2. Kết quả TNSP của các lớp TN và ĐC………………………………...65
Kết luận chƣơng 3………………………………………………………………71
KẾT LUẬN…………………………………………………………………73
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………………76
PHỤ LỤC………………………………..………………………………....78

7


TÓM TẮT LUẬN VĂN
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay, với sự bùng nổ thông tin, số lượng thông tin càng ngày càng
tăng nhanh. Máy tính tham gia vào q trình xử lí thơng tin kéo theo sự thay đổi
nhanh chóng của các ngành, các nghề khác nhau, thay đổi toàn diện bộ mặt xã
hội. Ngành giáo dục cũng khơng nằm ngồi sự ảnh hưởng đó, thậm chí cịn bị
ảnh hưởng mạnh mẽ.
Trước tình hình đó, Bộ Giáo dục và Đào tạo cần thay đổi đồng bộ các
thành tố của quá trình dạy học về mục tiêu, nội dung, phương pháp, hình thức tổ
chức, phương tiện, kiểm tra đánh giá nhằm kích thích khả năng tư duy, sáng tạo,
năng lực giải quyết vấn đề của học sinh (HS), đổi mới phương pháp dạy học
nhằm tạo được những con người có khả năng đáp ứng được với những yêu cầu
của thị trường lao động.
Ở nước ta, trong những năm gần đây, thực hiện việc nghiên cứu đổi mới
nội dung phương pháp dạy học nhằm bồi dưỡng cho HS các phương pháp nhận
thức khoa học, phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong q trình dạy học nói
chung và dạy Vật lý nói riêng đã thu hút được nhiều sự quan tâm của các nhà lý
luận dạy học, các giáo viên phổ thơng.
Q trình dạy học Vật lí có thể nâng cao chất lượng học tập và phát triển
năng lực của học sinh bằng nhiều phương pháp, cách thức khác nhau. Trong đó
giải bài tập vật lí với tư cách là một phương pháp được xác định từ lâu trong
giảng dạy Vật lí có tác dụng tích cực đến việc giáo dục và phát triển năng lực
của học sinh. Đó là một thước đo đúng đắn, thực chất sự tiếp thu, vận dụng kiến
thức và kĩ năng, kĩ xảo của học sinh. Bài tập Vật lí giúp học sinh hiểu sâu sắc
hơn những quy luật vật lí, những hiện tượng vật lí, biết phân tích những vấn đề

thực tiễn. Thơng qua việc giải các dạng bài tập, học sinh vận dụng kiến thức để
tự lực giải quyết thành công những tình huống cụ thể khác thì kiến thức đó mới
trở nên sâu sắc, hoàn thiện và biến thành vốn kiến thức riêng của mình.
3


Việc sử dụng phần mềm để mơ phỏng, mơ hình hóa các hiện tượng Vật lý
giúp học sinh nhận thức vấn đề, nhận thức các hiện tượng vật lý một cách trực
quan. Việc dạy học Vật lý với sự hỗ trợ của các phần mềm sẽ tiết kiệm thời gian
tổ chức hoạt động nhận thức, tăng thời gian thảo luận và giải quyết vấn đề thuộc
bản chất của hiện tượng. Với việc sử dụng phần mềm, mơ hình để trong dạy học
Vật lý sẽ cho phép tăng cường việc tương tác giữa người dạy và người học.
Matlab là một môi trường tính tốn số được phát triển bởi The
MathWorks, Matlab một trong những ngơn ngữ lập trình rất mạnh ngày càng
được sử dụng nhiều trong kỹ thuật và Vật lý. Nó có thể thiết kế để giải các bài
tốn bằng số, tích hợp tính tốn, hiện thị và lập trình trong một môi trường dễ sử
dụng. Các ứng dụng tiêu biểu của Matlab như là hỗ trợ toán học và tính tốn, mơ
hình, mơ phỏng, phân tích, khảo sát và hiển' thị số liệu, đồ thị. Vì thế, chúng tơi
chọn đề tài “Giải bài tập chương "Dao động cơ" vật lý 12 trung học phổ thơng
bằng ngơn ngữ lập trình Matlab”
2. Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlap để giải bài tập chương “Dao động cơ ”
sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản và thiết kế phương án dạy học với các bài tập
đó.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
- Phần mềm ngơn ngữ lập trình Matlab
- Các dạng bài tập cơ bản của chương “Dao động cơ” sách giáo khoa Vật lý
12 cơ bản
4. Phạm vi nghiên cứu
Sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlap trong việc dạy bài tập chương “Dao

động cơ ” sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản.
5. Câu hỏi nghiên cứu
Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap để giải bài tập chương “Dao động cơ”
và phương án thiết kế dạy bài tập đó như thế nào?
6. Giả thuyết khoa học
4


Sử dụng ngơn ngữ Matlap lập trình các bài tập chương “Dao động cơ ”
với độ trực quan và khả năng khái qt hóa cao nhằm phát huy tính tích cực của
HS.
7. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài để xác định cơ sở lí luận
của việc xây dựng bải tập Vật lý chương “Dao động cơ ” nhằm phát huy tính
tích cực nhận thức cho HS.
Điều tra, khảo sát tình hình dạy học bài tập và việc ứng dụng công nghệ
thông tin (CNTT) trong giảng dạy phần “Dao động cơ ” sách giáo khoa Vật lý
12 cơ bản.
Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab xây dựng các dạng bài tập trong sách
giáo khoa phần “Dao động cơ ” sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản.
Thiết kế phương án dạy học phần “Dao động cơ ” sách giáo khoa Vật lý
12 Ban cơ bản với các dạng bài tập đã xây dựng.
Thực nghiệm sư phạm, kiểm nghiệm tính hiệu quả của các dạng bài tập
đã thiết kế trong dạy học phần “Dao động cơ " sách giáo khoa Vật lý 12 cơ
bản.
8. Phƣơng pháp nghiên cứu
8.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết
Nghiên cứu các tài liệu, sách báo liên quan đến đề tài nghiên cứu nhằm
xác định cơ sở lý luận của đề tài.
8.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

Điều tra giáo dục: Phỏng vấn gián tiếp bằng phiếu hỏi và toạ đàm trực
tiếp với các đối tượng là giáo viên, học sinh về thực trạng dạy học vật lý ở
trường phổ thông.
Quan sát sư phạm: Dự giờ của giáo viên vật lý.
* Thực nghiệm sư phạm
Tiến hành dạy một số tiết học có sử dụng phần mềm dạy học theo hướng
tích hóa hoạt động nhận thức của học sinh; quan sát, kiểm tra đánh giá hoạt động
5


của HS khi học các giờ học này, sau đó so sánh với các lớp đối chứng; kết hợp
với việc trao đổi ý kiến của GV về các bài học có sử dụng phần mền thí nghiệm
ảo này.
* Thống kê toán học
Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lý số liệu TNSP, so sánh
kết quả học tập của hai nhóm thực nghiệm và đối chứng, từ đó rút ra nhận xét
nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài.
9. Đóng góp của đề tài
Góp phần làm sáng tỏ vai trị phương pháp mơ hình hóa bằng phần mềm
máy tính trong dạy học Vật lý trong trường phổ thông.
Cung cấp những hiểu biết cơ bản về phần mềm Matlab và ứng dụng của
nó.
Tạo ra một số mơ hình có giá trị thực tiễn.
10. Cấu trúc luận văn
Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính
của luận văn được chia thành 3 chương
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của hoạt động dạy giải bài tập vật lí
phổ thơng có sự hỗ trợ của ngơn ngữ lập trình Matlab
Chương 2: Soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với
các hệ thống bài tập có sử dụng ngơn ngữ lập trình Matlab vào chương “Dao

động cơ " Sách giáo khoa Vật lý 12 cơ bản
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY
GIẢI BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THƠNG CĨ SỰ HỖ TRỢ CỦA
PHẦN MỀM TỐN HỌC MATLAB
1.1. Những vấn đề lí luận về dạy giải bài tập Vật lí
1.1.1. Khái niệm về bài tập Vật lí [1]

6


Theo X.E. Camenetxki và V.P.Oorrekhop « Trong thực tế dạy học, bài tập
Vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp tổng quát đòi
hỏi những suy luận logic, những phép tốn và thí nghiệm dựa trên cơ sở các
định luật và các phương pháp vật lí ... ». Trong các tài liệu giáo khoa cũng như
các tài liệu về phương pháp dạy học bộ mơn người ta thường hiểu bài tập Vật lí
là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp với mục đích chủ yếu là
nghiên cứu các hiện tượng Vật lí, hình thành các khái niệm, phát triển tư duy
Vật lí của học sinh và rèn kĩ năng vận dụng kiến thức của học sinh vào thực tiễn.
1.1.2. Vai trị của bài tập vật lí [1]
Thơng qua dạy học về bài tập vật lí, người học có thể nắm vững một cách
chính xác, sâu sắc và tồn diện hơn những quy luật Vật lí, những hiện tượng Vật
lí, biết cách phân tích chúng và ứng dụng chúng vào các vấn đề thực tiễn
Bài tập Vật lí có thể được sử dụng như một phương tiện độc đáo để nghiên
cứu tài liệu mới khi trang bị kiến thức cho học sinh.
Bài tập vật lí cịn là hình thức củng cố, ôn tập, hệ thống hóa kiến thức và
là phương tiện để kiểm tra kiến thức, kĩ năng của học sinh.
Bài tập Vật lí cịn có ý nghĩa to lớn trong việc giáo dục kĩ thuật tổng hợp.
Các bài tập Vật lí có thể đề cập đến các lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống,

khoa học kĩ thuật, thông tin liên lạc, giao thông vận tải, sản xuất nông nghiệp...
Bài tập Vật lí góp phần xây dựng một thế giới quan duy vật biện chứng
cho học sinh, làm cho họ hiểu rõ thế giới tự nhiên là thế giới vật chất, vật chất
luôn ở trạng thái vận động, họ mong muốn đem tài năng và trí tuệ của mình cải
tạo thiên nhiên.
Giải bài tập vật lí khơng phải là một cơng việc nhẹ nhàng, nó địi hỏi sự
làm việc căng thẳng, tích cực của học sinh, một sựu vận dụng tổng hợp những
kiến thức, kinh nghiệm đã có thể tìm lời giải nêu ra trong bài tập vật lí.
1.1.3. Phân loại bài tập vật lí [9]
Các bài tập vật lí khác nhau về nội dung và mục đích dạy học, trong dạy
học vật lí có thể phân loại chúng theo các cách sau:
-

Phân loại theo nội dung.
7


-

Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải.

-

Phân loại theo yêu cầu luyện tập kĩ năng, phát triển tư duy sáng tạo

của học sinh.
BÀI TẬP VẬT
LÍ

Phân

loại theo
nội dung

Bài
tập
the
o đề
tài
vật
lí

Cơ

Bài
tập
có
nội
dun
g
lịch
sử

Bài
tập
Kĩ
thu
ật
tổng
hợp

Bài
tập có
nội
dung
cụ thể
hoặc
trừu
tƣợng

Nhiệt

Phân loại
theo u
cầu phát
triển tƣ duy

Điện

Bài
tập
vật lí
vui

Bài
tập
luyệ
n
tập

Bài

tập
sáng
tạo

Phân loại theo phƣơng
thức cho điều kiện và
phƣơng thức giải

Bài
tập
định
tính

Bài
tập
định
lƣợn
g

Bài tập
thí
nghiệ
m

Bài
tập
đồ
thị

Trắc

nghiêm
khách
quan

Quang

Hình 1.1. Phân loại bài tập vật lí
1.1.3.1. Phân loại bài tập theo nội dung
1.1.3.2. Phân loại theo phương thức cho điều kiện và phương thức giải
Theo đó, người ta sẽ phân ra thành các dạng: bài tập định tính, bài tập
định lượng, bài tập thí nghiệm, bài tập đồ thị, bài tập trắc nghiệm khách quan.
- Bài tập định tính: Có hai loại bài tập định tính là: Giải thích hiện
tượng và dự đốn hiện tượng.
- Bài tập định lƣợng (bài tập tính tốn): Đó là các bài tập khi giải phải
sử dụng các phương pháp Toán học, bằng cách dựa trên các định luật, các quy
tắc và công thức Vật lí.

8


SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH
Định luật 1(Công thức 1)
x= f(y,z)

Định luật 4(Công thức 4)
Z = f(c)

Định luật 2(Công thức 2)
y= f(a,p)

Định luật 3(Công thức 3)
p= f(b)

Kết quả
X= f(a, b, c)

Hình 1.2
SƠ ĐỒ LẬP LUẬN THEO PHƯƠNG PHÁP TỔNG HỢP

Định luật 1(Công thức 1)
p=f(b)

Định luật 3(Công thức 3)
Z = f(c)

Định luật 2(Công thức 2)
Y = f(a,p)

Định luật 4(Cơng thức 4)
X=f(y,z)= f(a,b,c)

Hình 1.3
Hai phương pháp trên đều có giá trị như nhau, chúng bổ sung cho nhau.
Phương pháp phân tích nếu tìm được cơng thức đúng thì nhanh chóng hướng tới
kết quả bài tốn.
- Bài tập thí nghiệm: là loại bài tập địi hỏi phải làm thí nghiệm để
kiểm chứng lời giải bằng lí thuyết hoặc tìm những số liệu cần thiết cho bài tập.

9

- 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 trắc nghiệm khách quan: bài tập dạng trắc nghiệm
khách quan thường dùng để kiểm tra kiến thức trong phạm vi rộng, số lượng
người được kiểm tra nhiều, kết quả thu được khách quan không phụ thuộc người
chấm.
1.1.4. Phương pháp giải bài tập vật lí
Đối với học sinh phổ thông, vấn đề giải và sửa bài tập gặp không ít khó
khăn vì học sinh thường khơng có kiến thức lý thuyết chắc chắn và kĩ năng vận
dụng kiến thức vật lí cịn hạn chế.
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.
Quá trình giải một bài tập vật lí thực chất là q trình tìm hiểu điều kiện
của bài tập, xem xét hiện tượng vật lí, xác lập được những mối liên hệ cụ thể
dựa trên sự vận dụng kiến thức vật lí vào điều kiện cụ thể của bài tập đã cho.
Quá trình giải một bài tập Vật lí, đặc biệt là giải một bài tập phức tạp, có
thể trải qua các bước chính sau [10]
Bước 1. Tìm hiểu đề bài.
Bước 2. Xác lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm.
Bước 3. Luận giải rút ra kết quả cần tìm.
Bước 4. Kiểm tra và biện luận kết quả.
Đối với bài tập phần chương Dao động cơ, việc hướng dẫn học sinh giải
bài tập là quan trọng. Thực tế cho thấy học sinh chỉ có thể giải bài tập nếu học
sinh có kiến thức lý thuyết chắc chắn và thực hiện thành thạo các bước giải bài
tập vật lí nói chung. Phương pháp giải bài tập chương dao động cơ cũng có đầy
đủ các bước giải giống như phương pháp giải bài tập vật lí nói chung.
Bước 1. Tìm hiểu đề bài.
Bước 2. Lập mối liên hệ của các dữ kiện xuất phát với cái phải tìm.
Bước 3. Luận giải rút ra kết quả cần tìm.

Bước 4. Kiểm tra và biện luận kết quả.
10


1.1.5. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí
Để việc hướng dẫn giải bài tâp cho học sinh có hiệu quả, thì trước hết giáo
viên phải giải được bài tập đó. Ta có thể minh họa bằng sơ đồ sau:

Tư duy giải
bài tập vật lí

Mục đích sư
phạm

Phân tích phương
pháp giải bài tập vật
lí cụ thể

Phương pháp
hướng dẫn giải bài
tập vật lí cụ thể

Xác dịnh kiểu hướng
dẫn
Hình 1.4

1.1.5.1. Hướng dẫn theo mẫu (hướng dẫn Angorit)
1.1.5.2. Hướng dẫn tìm tịi
1.1.5.3. Định hướng khái qt chương trình hóa
Trong q trình hướng dẫn học sinh giải bài tập không thể theo một khuôn

mẫu nhất định, mà tùy thuộc vào nội dung, kiến thức, u cầu của bài tốn, và
cịn tùy thuộc vào đối tượng học sinh mà chúng ta có cách lựa chọn kiểu hướng
dẫn cho phù hợp.
1.2. Vai trò, ý nghĩa của việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy học
1.2.1. Giáo dục và cơng nghệ [14]
Cơng nghệ có nghĩa đơn giản là kỹ thuật hoặc công cụ và những phương
pháp có thể áp dụng được để giải quyết các vấn đề cụ thể hoặc thực hiện một
mục tiêu nhất định.
Hiện nay tất cả mọi người đều công nhận rằng HS phải tiếp cận được máy
vi tính, video và các cơng nghệ hiện đại khác, công nghệ này là cần thiết vì khả
năng sử dụng chúng là đặc điểm thiết yếu cho việc chuẩn bị nghề nghiệp của
HS.

11


1.2.2. Vai trị của CNTT trong dạy học Vật lí
Vai trò của CNTT trong dạy học đã thật sự trao quyền chủ động cho HS
và thay đổi cả PPDH của GV. Từ vai trò quyết định trong việc học hiện nay
người thầy chuyển sang giữ vai trò điều khiển (theo kiểu dạy học lấy HS làm
trung tâm). Kiểu dạy học hướng vào HS và hoạt động hóa người học có thể
thực hiện được một cách tốt hơn với sự giúp đỡ của máy tính và mạng internet.
Đối với ngành Vật lí, ứng dụng CNTT trong dạy học sẽ là một bước
chuyển trong qúa trình đổi mới nội dung và PPDH. Cụ thể là [14]
- CNTT là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc xây dựng các kiến thức mới.
- CNTT tạo môi trường để khám phá kiến thức nhằm hỗ trợ cho q trình học
tập.
- CNTT tạo mơi trường để hỗ trợ học tập qua thực hành, qua cộng đồng và qua
phản ánh.
- CNTT giúp cho việc đánh giá định tính và định lượng Vật lí chính xác, công

bằng hơn.
1.2.3. Khai thác và sử dụng một số phần mềm để dạy học mơn Vật lí
Phần mềm Vật lí có thể kể đến sau đây: Phần mềm Crocodile Physics là
phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo mơn Vật lí trong nhà trường
phổ thơng; PAKMA là một phần mềm chun dụng cho bộ mơn Vật lí phần
mềm eXe để tập huấn giúp giáo viên thiết kế nội dung học tập mơn Vật lí;
Working Model để thiết kế thí nghiệm mơ phỏng Vật lí…
Việc sử dụng phần mềm trong giảng dạy là một hướng nghiên cứu còn
mới mẻ cần được quan tâm nghiên cứu để tiếp tục phát triển.
1.2.4. Ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí
1.2.4.1. Ưu điểm
- Là công cụ đắc lực, hỗ trợ cho việc xây dựng kiến thức.
- Giúp HS dễ hiểu bài, hiểu một cách sâu sắc hơn và nhớ bài lâu hơn do
việc thu nhận thông tin từ các sự vật hiện tượng một cách sinh động, chính xác
đầy đủ từ đó nâng cao hứng thú học tập, nâng cao lòng tin của học sinh vào khoa
học.
12


- Giúp HS tiếp cận và làm việc với các khoa học kỹ thuật công nghệ hiện đại.
- Giúp cho bài học của HS thêm sinh động, phong phú, hấp dẫn đối với HS.
- Giúp tiết kiệm thời gian trong mỗi tiết học.
- Giải phóng được người thầy khỏi khối lượng cơng việc tay chân, do đó làm
tăng khả năng nâng cao chất lượng dạy học.
1.2.4.2. Hạn chế
Tuy nhiên, không thể nói việc ứng dụng CNTT trong dạy học Vật lí
khơng có những hạn chế. Có thể nêu một số hạn chế thường gặp như sau:
- Chi phí đầu tư trang thiết bị, cơ sở vật chất lớn.
- Đòi hỏi đội ngũ GV và HS phải có trình độ tin học, ngoại ngữ nhất là
tiếng Anh ở mức độ nhất định .

- Khi sử dụng máy tính điện tử, người ta dễ đánh mất cảm giác chân thực
thiếu đi những cảm xúc, xúc giác và ấn tượng thực.
1.3. Giới thiệu phần mềm Matlab
Matlab là một mơi trường tính tốn số và lập trình, được thiết kế bởi cơng ty
MathWorks. Matlab cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay
biểu đồ thông tin, thực hiện thuật toán, tạo các giao diện người dùng và liên kết
với những chương trình máy tính viết trên nhiều ngơn ngữ lập trình khác [12]
1.3.1. Các kiểu dữ liệu
MatLab có đầy đủ các kiểu dữ liệu đơn giản như: số nguyên, số thực, kí
tự, logic (boolean).
Kiểu ma trận đóng vai trị trung tâm trong MatLab. Ví dụ một ma trận hai
hàng ba cột như sau (hết một hàng cần dấu chấm phẩy để phân tách, nhưng
khơng nhất thiết xuống dịng):
MatLab cịn có một số kiểu dữ liệu khác cao cấp hơn: kiểu cell, kiểu
struct (bản ghi).
1.3.2. Các phép tính với ma trận
Các phép cộng trừ hai ma trận cùng kích thước được thực hiện bình
thường. Đặc biệt với phép nhân, MatLab phân biệt hai toán tử: * dành cho phép
nhân ma trận và * dành cho nhân từng cặp phần tử tương ứng của hai ma trận.
13


1.3.3. Cú pháp
Trước đây MatLab không phân biệt chữ in, chữ thường (giống như Fortran).
Các phiên hơn gần đây lại có sự phân biệt này (theo ngơn ngữ C). Các từ khóa
đều viết chữ thường.
Lệnh gán có dạng giống như nhiều ngơn ngữ lập trình khác: tên_biến
=giá_trị_biểu thức. Thơng thường máy sẽ in ra kết quả của biến sau khi
gán, nếu ta không kết thúc lệnh gán bởi dấu.
1.3.4. Cú pháp đặc biệt (syntactic sugar)

Để tăng tốc độ lập trình, nhất là thao tác từ dấu nhắc lệnh, MatLab cho
phép nhiều kiểu cú pháp viết tắt. Chẳng hạn để xem hướng dẫn về lệnh plot thì
hai câu lệnh sau là tương đương.
1.3.5. Tính năng vẽ đồ thị
Vẽ đồ thị là một tính năng được trau chuốt trong MatLab;
1.4. Thực trạng của việc sử dụng CNTT trong dạy học vật lí ở một số
trƣờng phổ thông
1.4.1. Đối với giáo viên
Qua tọa đàm, trao đổi cho thấy các cấp quản lí giáo dục đã đánh giá việc
ứng dụng CNTT trong dạy học là quan trọng và cần thiết. Hầu hết các đơn vị ra
chỉ tiêu về số tiết học ứng dụng CNTT trong một kì học để tất cả các GV đều
phải nỗ lực tiếp cận việc ứng dụng CNTT trong dạy học.
1.4.2. Đối với học sinh
HS phổ thơng có tư duy phát triển, năng động, dễ dàng tiếp cận với những
cái mới, cái tiến bộ. Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và cơng nghệ trong đó
có CNTT đã ảnh hưởng lớn đến tâm lí của HS. Qua thực tế thăm dị cho thấy đa
số HS đều có tâm lí sẵn sàng đón nhận việc ứng dụng CNTT trong dạy học.
CHƢƠNG 2
HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP
CHƢƠNG DAO ĐỘNG CƠ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA
PHẦN MỀM MATLAB
14


2.1. Phân tích nội dung kiến thức phần “Dao động cơ ” chƣơng trình Vật lí
12 Cơ bản.
2.1.1. Vị trí chương “Dao động cơ ” trong chương trình Vật lí 12 cơ bản
Nhiệm vụ quan nhất của cơ học là nghiên cứu cách xác định vị trí của một
vật ở những thời điểm khác nhau. Cần phải xác định trạng thái ban đầu của vật
(vị trí ban đầu, vận tốc ban đầu), những yếu tố ảnh hưởng đến dao động của vật

và những đại lượng chi phối dao động.
1.2. Chuẩn kiến thức, kĩ năng
Theo hướng dẫn của Bộ Giáo dục và Đào tạo, chuẩn kiến thức, kĩ năng
của phần “Dao động cơ ”
2.1.3. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương
2.2. Tóm tắt mội dung kiến thức cơ bản
2.2.1. Các khái niệm cơ bản [7]
2.2.2. Các công thức sử dụng
2.2.2.a Dao động con lắc lò xo
2.2.2.b Dao động con lắc đơn
2.2.2.c Dao động tắt dần
2.2.2.d Tổng hợp dao động
2.3. Đặc điểm, cấu trúc nội dung chƣơng “Dao động cơ ” vật lí 12 Ban cơ
bản
2.3.1. Nội dung chương trình Vật lý 12 Cơ bản
Khung phân phối chương trình Vật lý 12 nâng cao
(Cả năm: 35 tuần - 70 tiết)
HKI: 19 tuần x 2 tiết = 38 tiết
HKII: 18 tuần x 2 tiết = 36 tiết
2.3.2. Về phân phối chương trình
2.4. Phân loại và soạn thảo hệ thống bài tập chƣơng Dao động cơ.
2.4.1. Phân loại bài tập chương Dao động cơ.
Có nhiều cách phân loại bài tập vật lí: theo nội dung, theo phương thức
cho điều kiện và phương thức giải, theo yêu cầu định tính hay định lượng của
15


việc nghiên cứu vấn đề, theo yêu cầu luyện tập kĩ năng hay yêu cầu phát triển tư
duy, sáng tạo của học sinh trong q trình dạy học. Chúng tơi đã tuyển chọn
những bài tập vật lí theo yêu cầu giảng dạy và phát triển năng lực học tập của

học sinh và theo cách phân loại theo nội dung, bài tập chương Dao động cơ
được chia thành các dạng bài lớn như sau:
Dạng 1: Xác định các đặc điểm trong dao động - Viết phương trình dao
động điều hồ - Lực đàn hồi - Lực hồi phục
Dạng 2: Tìm thời điểm - Khoảng thời gian - Vận tốc trung bình - Quãng
đường - Đồ thị trong dao động điều hoà
Dạng 3: Bài toán động năng - thế năng - cơ năng trong dao động điều hoà
đồ thị động năng, thế năng, cơ năng
Dạng 4: Dao động tắt dần - cưỡng bức - cộng hưởng trong dao động
Dạng 5: Tổng hợp hai hay nhiều dao động cùng phương, cùng tần số
2.4.2. Soạn thảo hệ thống bài tập chương Dao động cơ
Bài tập 1: Phương trình dao động của một vật là x = 6cos(4t +


), với x tính
6

bằng cm, t tính bằng s.
a) Vẽ đồ thị li độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian
b) Xác định li độ, vận tốc và gia tốc của vật khi t = 0,25s.
Bài tập 2: Một vật dao động điều hoà trên quỹ đạo dài 40cm. Khi ở vị trí x =
10cm vật có vận tốc 20 3 cm/s.
a) Viết phương trình dao động của vật, chọn gốc thời gian lúc vật đi qua vị trí
cân bằng theo chiều dương.
b) Tính vận tốc và gia tốc cực đại của vật.
Bài tập 3: Một vật có khối lượng m = 200g treo vào lị xo có độ cứng k =
50N/m. Kéo vật xuống dưới VTCB một đoạn 3cm rồi truyền cho nó một vận tốc
20 3cm / s cùng phương. Tìm lực đàn hồi lớn nhất, nhỏ nhất trong quá trình

dao động của con lắc.

16


Câu 4: Một con lắc đơn gồm một quả cầu khối lượng m = 500g được treo trên
sợi dây dài l = 1m ở một nơi có gia tốc trọng trường g = 9,8 m/s2. Bỏ qua sức
cản khơng khí và ma sát ở điểm treo.
1. Tính chu kì của con lắc khi nó dao động với biên độ nhỏ.
2. Kéo con lắc lệch ra khỏi vị trí cân bằng một góc   60 rồi thả ra
khơng vận tốc đầu. Tính:
a) Vận tốc cực đại của quả cầu.
b) Vận tốc của quả cầu khi con lắc lệch một góc   30 và β=80 so với
phương thẳng đứng
Bài tập 5: Một chất điểm dao động điều hòa trên trục tọa độ Ox với chu kì
T=1s. Nếu chọn gốc tọa độ O là VTCB thì sau khi chất điểm bắt đầu dao động
được 2,5s, nó ở tọa độ x=5 2 cm, đi theo chiều âm của trục Ox và vận tốc đạt
giá trị 10 2 cm/s.
a. Viết phương trình dao động của chất điểm.
b. Gọi M và N lần lượt là hai vị trí biên. Gọi P là trung điểm của đoạn
OM, Q là trung điểm của đoạn ON. Hãy tính vận tốc trung bình của chất điểm
trên đoạn đường từ P tới Q. Lấy  2  10 .
c. Thời gian ngắn nhất vật đi từ vị trí x 1=5cm đến vị trí có gia tốc
a=2 3 m/s2
d. Qng đường vật đi được từ thời điểm t1=0,25s đến thời điểm t2=1,45s.
e. Xác định thời điểm vật đi qua vị trí x= 5 3 cm lần thứ 3 và lần thứ
2010.
Bài tập 6: Một con lắc dao động điều hoà với tần số 60Hz, khối lượng m =
400g, kéo vật ra khỏi vị trí cân bằng một đoạn 3cm về phía dương của trục toạ
độ rồi thả. Chọn gốc toạ độ tại vị trí cân bằng. Chọn t = 0 lúc thả vật Cho g = 10
=2.

a) Vẽ đồ thị toạ độ, vận tốc, gia tốc theo thời gian
b) Xác định toạ độ, vận tốc, động năng, thế năng của vật tại thời điểm t = 1s
c) Vẽ đồ thị Wđ(t), Wt(t), W trên cùng hệ trục toạ độ
17


Bài tập 7:. Một con lắc đơn có chiều dài 50cm, khối lượng 200g dao động tại
nơi có g=10m/s2 với biên độ góc 0,12rad, chọn gốc thời gian lúc vật ở biên
dương
a. Tìm cơ năng dao động của con lắc
b. Tính động năng và thế năng khi con lắc ở vị trí góc 0,06 rad
c. Vẽ đồ thị Wđ(t), Wt(t), W trên cùng hệ toạ độ
Bài tập 8: Cho cơ hệ như hình vẽ: K = 100N/m, m = 200g, hệ số ma sát giữa m
và mặt phẳng nằm ngang   0, 05 . Ban đầu đưa vật rời khỏi VTCB 1 khoảng
4cm rồi thả nhẹ. Lấy g  10 

m
.
2 
s 

a. Vẽ đồ thị biểu diễn sự giảm biên độ theo thời gian.
b.Tính độ giảm biên độ trong mỗi chu kì.
c. Hỏi đến khi dừng lại vật đã thực hiện được bao nhiêu dao động.
Bài tập 9: Một vật thực hiện đồng thời hai dao động điều hịa, cùng phương,
cùng tần số có phương trình: x1 = 3cos(4πt +

2
) (cm) ; x2 = 3cos4 π t (cm).
3

a. Tìm phương trình dao động tổng hợp của vật
b. Vẽ đồ thị vận tốc và gia tốc của vật theo thời gian
2.4.3. Sử dụng phần mềm Matlab xây dựng hệ thống bài tập đã soạn thảo
Mỗi giáo viên sẽ có phương pháp dạy khác nhau cho một nội dung kiến
thức. Sản phẩm lập trình nhờ sử dụng phần mềm Matlap chương Dao động cơ
của chúng tôi sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho việc dạy – học. Để sử dụng
được hợp lí, có hiệu quả cao thì khi sử dụng giáo viên phải kết hợp một cách
linh hoạt các thao tác trên lớp khi sử dụng sản phẩm.
Giáo viên có thể sử dụng sản phẩm kết hợp với thuyết trình, phát vấn,
thảo luận nhóm, u cầu học sinh tự học, tự nghiên cứu để xây dựng kiến thức
của bài tập Vật lý. Trong dạng bài tập, chúng tơi đã lập trình một bài tổng qt
và nếu có gặp các bài tập tương tự, chúng ta chỉ cần nhập số liệu và sản phẩm sẽ
tự cho kết quả và dạng đồ thi tương ứng.
Ví dụ minh họa: Dạng toán “Dao động cơ”CHƢƠNG 3
18


THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm
3.2. Đối tƣợng và phƣơng thức thực nghiệm sƣ phạm
3.2.1. Đối tượng thực nghiệm sư phạm
3.2.2. Phương thức thực nghiệm sư phạm
Quá trình thực nghiệm sư phạm, chúng tôi tiến hành song song, dạy ở lớp
thực nghiệm và lớp đối chứng trong cùng một thời gian, cùng nội dung "một số
bài tập về dao động cơ ". Lớp thực nghiệm 12A (sĩ số 53) và lớp đối chứng
12B(sĩ số 48).
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP
Qua quá trình thực nghiệm sư phạm hệ thống các bài tập đã soạn thảo có áp

dụng hoạt động hướng dẫn và tổ chức hoạt động giải bài tập theo hướng tích cực
hóa hoạt động của học sinh đã giúp cho học sinh nắm vững kiến thức và góp
phần phát huy được tính tích cực, năng lực tự chủ, năng lực sáng tạo.
3.3.2. Kết quả thực nghiệm sư phạm của các lớp TN và ĐC
* Phân tích số liệu
* Trung bình cộng: Tham số đặc trưng cho vị trí của đại lượng nghiên
cứu. Với điểm kiểm tra, đây là thông số đánh giá kết quả học tập trung bình của
lớp học. Trung bình cộng được xác định theo cơng thức sau:
X 

n X
n
i

i

i

Trong đó ni là số học sinh có điểm là Xi.
* Phương sai (S2), độ lệch chuẩn (S): Tham số đo mức độ phân tán của
các số liệu quanh giá trị trung bình cộng:
S

2

n (X

i

i

 X )2

n 1

Với n thể tích mẫu.
Độ lệch chuẩn được xác định theo công thức sau:
S  S2

19


Giá trị S càng nhỏ chứng tỏ số liệu càng ít phân tán, mà tập trung xung quanh
giá trị trung bình với mức độ cao.
* Hệ số biến thiên (V): Trong trường hợp hai bảng số liệu có giá trị trung
bình cộng khác nhau, người ta so sánh mức độ phân tán của các số liệu đó bằng
hệ số biến thiên. Nhóm nào có hệ số biến thiên V nhỏ hơn sẽ có chất lượng
đồng đều hơn. Hệ số biến thiên V được xác định theo công thức sau:
V

S
.100%
X

Nếu V < 30%: Độ dao động nhỏ, kết quả đáng tin cậy.
Nếu V > 30%: Độ dao động lớn, kết quả khơng đáng tin cậy.
* Sai số trung bình cộng (  ):


S

n

So sánh chất lượng của lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ta xét 2 trường hợp
sau: Khi hai bảng số liệu có X bằng nhau thì ta tính độ lệch chuẩn S, nhóm nào có
độ lệch chuẩn S bé hơn thì nhóm đó có chất lượng tốt hơn. Khi hai bảng số liệu có
X khác nhau, thì so sánh mức độ phân tán của các số liệu bằng hệ số biến thiên V.

Nhóm nào có V nhỏ hơn thì nhóm đó có chất lượng đồng đều hơn và nhóm nào có
X lớn hơn thì có trình độ cao hơn (chất lượng tốt hơn).

* Thống kê kết quả bài kiểm tra:(lớp 12A; 12B trường THPT Phúc Thành là
nhóm thực nghiệm và đối chứng)
Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm số
(lớp 12A; 12B trường THPT Phúc Thành )
Lớp
12A
Thực nghiệm
12B
Đối chứng

Điểm số

Điểm
trung
10 bình

Số
HS

0

1

2

3

4

5

6

7

53

0

0

1

1

1

0

2

14 17 15

2

7,92

48

0

0

1

1

0

12

7

10 13

0

6,60

8

Bảng 3.2. Xử lí kết quả
(lớp 12A; 12B trường THPT Phúc Thành)
20

9

4


Lớp 12A (thực nghiệm)
X i  X  X i  X 2 fiN

Xi

X

2

fiN
1

-5,92

35.04

3

1

-4,92

4

1

5

X

Lớp 12B (đối chứng)
X i  X  X i  X 2 fiC



2

X

X



2

35.04

Xi fiC
2 1

-4,6

21,16

21.16

24,2

24,2

3

1

-3,6

12,96

12,96

-3,92

15.36

15.36

4

0

-2,6

6,76

0

0

-2,92

8.52

0

5

12

-1,6

2,56

30,72

6

2

-1,92

3,68

7,37

6

7

-0,6

0,36

2,52

7

14

-0,92

0,85

11,9

7

10

0,4

0,16

1,6

8

17

0,08

0,064

0,109

8

13

1,4

1,96

25,48

9

15

1,08

1,17

17,5

9

4

2,4

5,76

23,04

1

2

2,08

4,32

8.64

1
0

0

3,4

11,56

0



48

i

0


53

i

Bảng 3.3. Các tham số đặc trƣng
Tham số
X

S2

S

V

Lớp 12A(thực nghiệm)

7,92

2.31

1,51

19,06%

Lớp 12B(đối chứng)

6,6

2,49

1,57

23,78%

Đối tượng

Bảng 3.4. Bảng tần suất và tần suất lũy tích
(lớp 12A; 12B trường THPT Phúc Thành )
Lớp 12A(thực nghiệm)
Điểm
Xi

Tần số
fiN

Tần suất

N(i)%=fiN/NN

2

1

1,89

3

1

1,89

Lớp 12B(đối chứng)

Tần suất Tần
lũy tích
số
N()% fiC
1,89
1
3,77

21

1

2.08

Tần suất
lũy tích
C()%
2,08

2,08

4,16

Tần suất
C(i)%=fiC/NC


4

1

1,89

5,66

0

0

4,16

5

0

0

5,66

12

25

29,17

6

2

3,77

9,43

7

14,5

43,75

7

14

26,4

35,85

10

20,8

64,6

8

17

32,1

67,9

13

27,08

91,67

9

15

28,3

96,23

4

8.33

100,00

10

2

3,77

100,00

0

0

100,00



53

100,00

48

100,00

50
45
40

Tần suất

35
30
25
20
15
10
5
0

2

3

4

5

6

7

8

9

10

Thực nghiệm

1.89

1.89

1.89

0

3.77

26.4

32.1

28.3

3.77

Đối chứng

2.08

2.08

0

25

14.5

20.8 27.08 8.33

Điểm số

Hình 3.1. Đƣờng phân bố tần suất
(lớp 12A; 12B trường THPT Phúc Thành )

22

0


100

Tần suất lũy tích

80
60
40
20
0

2

3

4

5

Thực nghiệm 1.89

3.77

5.66

5.66

Đối chứng

4.16

4.16 29.17 43.75 64.6 91.67 100

2.08

6

7

8

9

10

9.43 35.85 67.9 96.23 100
100

Điểm số

Hình 3.2. Đƣờng phân bố tần suất lũy tích (hội tụ lùi i () %)
(lớp 12A; 12B trường THPT Phúc Thành )
Nhận xét:
Từ kết quả thực nghiệm sư phạm ta thấy:
- Điểm trung bình cộng của học sinh lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng
- Tỉ lệ % HS đạt điểm khá, giỏi ở các lớp thực nghiệm luôn cao hơn lớp đối
chứng
- Tỉ lệ % HS đạt điểm yếu, kém của lớp thực nghiệm luôn thấp hơn lớp đối
chứng
- Hệ số phân tán STN < SĐC, chứng tỏ điểm số của lớp thực nghiệm ít phân tán
hơn lớp đối chứng. Như vậy chất lượng của các lớp thực nghiệm là đồng đều
hơn.
- Hệ số biến thiên giá trị điểm số của lớp thực nghiệm nhỏ hơn lớp đối chứng
nghĩa là: độ phân tán về điểm số quanh điểm trung bình của lớp thực nghiẹm là
nhỏ hơn lớp đối chứng.
- Đồ thị đường phân bố tần suất của lớp thực nghiệm luôn nằm bên phải đồ thị
phân bố tần suất của lớp đối chứng. Đồ thị tần suất tích lũy của lớp thực nghiệm
ln nằm dưới đồ thị tần suất tích lũy của lớp đối chứng.

23