Sử dụng một số mô hình dao động và sóng
điện từ được xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình
Matlab để giảng dạy chương “ Dao động và
sóng điện từ ” Vật lý lớp 12 Ban nâng cao

Trần Thị Thanh Vân

Trường Đại học Giáo dục
Luận văn Thạc sĩ ngành: Lí luận và phương pháp giảng dạy; Mã số: 60 14 10
Người hướng dẫn: PGS. TS. Bùi Văn Loát
Năm bảo vệ: 2011

Abstract: Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung
vào các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động của đối
tượng vật lý. Trình bày cơ sở lý luận của các phương pháp dạy học tích cực. Nghiên
cứu nội dung dạy học thuộc phần dao động và sóng điện từ trong chương trình Vật lý
phổ thông. Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab. Thực
nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử dụng mô hình
được thiết kế bằng Matlab.

Keywords: Phương pháp dạy học; Môn vật lý; Phổ thông trung học; Vật lý lớp 12;
Dao động; Sóng điện từ; Ngôn ngữ lập trình

Content
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Cuộc cách mạng về công nghệ thông tin bắt đầu từ những năm cuối Thế kỷ 20 đã đem
lại vô số những thành tựu góp phần to lớn phát triển mọi mặt của xã hội loài người. Hoạt động
dạy học cùng với những hoạt động khác của xã hội được tin học hóa mạnh mẽ. Điều này
không chỉ thể hiện ở việc tiến hành xây dựng một kết cấu hạ tầng thông tin mà bản chất của
nó nằm ở sự thay đổi về nội dung, hình thức tổ chức dạy học và thay đổi tư duy của người dạy

Sử dụng mô hình biểu diễn quá trình dao động và sóng được xây dựng bằng ngôn ngữ
lập trình Matlab trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh hình thành tư duy logic, giải quyết
vấn đề.
Kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực để quá trình dạy học đạt hiệu qủa cao.
Rèn luyện tư duy phê phán, phân tích, đối thoại và sáng tạo cho học sinh.
3. Đối tƣợng nghiên cứu
Các khái niệm cơ bản trong phần dao động và sóng điện từ.
Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy và học các kiến thức trên .
4. Giả thuyết khoa học
Việc học chay đôi khi làm cho học sinh không hiểu được bản chất của vấn đề, nắm
kiến thức không sâu, tiếp thu một cách thụ động do đó không gây hứng thú cho học sinh. Sử
dùng phần mềm Matlab mô hình hóa một số khái niệm cơ bản, các hiện tượng và mối quan hệ
giữa các đại lượng trong phần dao động và sóng điện từ và các mô hình này kết hợp với
phương pháp dạy học tích cực giúp học sinh nhận thức sâu sắc hơn về bản chất Vật lý của vấn
đề, làm cho học sinh tiếp thu kiến thức một cách tích cực, ghi nhớ một cách logic và vận dụng
sáng tạo hơn. Việc mô hình hóa trên góp phần đẩy mạnh quá trình đổi mới phương pháp
giảng dạy bộ môn Vật lý ở trường phổ thông.

3
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung vào các
mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động của đối tượng vật lý.
Nghiên cứu cơ sở lý luận của các phương pháp dạy học tích cực.
Nghiên cứu nội dung dạy học thuộc phần dao động và sóng điện từ trong chương trình
Vật lý phổ thông.
Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab.
Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử dụng mô
hình được thiết kế bằng Matlab.
6. Phạm vi nghiên cứu
Luận văn nghiên cứu quá trình dạy học nói chung, dạy vật lý nói riêng trong trường

Cung cấp những hiểu biết cơ bản về phần mềm Matlab và ứng dụng của nó.
Tạo ra một số mô hình có giá trị thực tiễn.
Kết hợp được phương pháp mô hình với phương pháp dạy học tích cực để đạt hiệu quả
cao trong dạy học.
9. Cấu trúc luận văn
Trên cơ sở nội dung đề tài đã lựa chọn, ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn được chia
thành 3 chương sau:
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài.
Chương 2: Tổng quan về Matlab và các ứng dụng
Chương 3: Sử dụng một số mô hình Matlab trong dạy học phần dao động và sóng điện
từ
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.1. Xu hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học
1.1.1. Đổi mới phương pháp dạy học – xu hướng chung của thế giới

1.1.2. Định hướng đổi mới phương pháp dạy học Vật lý hiện nay
Các kết quả nghiên cứu tâm lí về khả năng lưu giữ thông tin của học sinh và của cho
thấy bằng cách đọc chỉ đạt 5%, bằng nghe chỉ đạt 10%, bằng các phương tiện nghe nhìn đạt
20%, bằng thảo luận đạt 50%. Thu nhận bằng kinh nghiệm thực hành đạt được 75%, khi dạy
lại cho người khác có thể đạt 90%. (Nghiên cứu do National Training Laboratories tiến hành
ở Bethel, bang Maine, Hoa Kỳ).
Trên cơ sở các nghiên cứu, định hướng đổi mới phương pháp dạy học ngày nay là
hướng tới người học, phát huy tính tích cực, chủ động của người học.
Để đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực cho sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa
và hội nhập quốc tế, nước ta cần nhanh chóng chuyển từ mô hình dạy học thụ động sang mô
hình dạy học tích cực.
1.1.2.1. Xây dựng cơ sở lý thuyết
1.1.2.2. Hoàn thiện phương pháp dạy học hiện có
1.1.2.3. Sáng tạo các phương pháp mới


1.2.4.2. Kĩ thuật khăn phủ bàn
Là kĩ thuật tổ chức hoạt động học tập mang tính hợp tác kết hợp giữa hoạt động cá nhân
và nhóm.
vào cơ sở lý luận về phương pháp dạy học mô hình hóa, căn cứ vào nội dung dạy học
và hoàn cảnh cụ thể. Từ những nhận xét trên, ta có thể thấy quy trình xây dựng một mô hình
(ảo) để ứng dụng trong giảng dạy như sau:

6
 Xác định mục đích dạy học
 Thiết kế, xây dựng mô hình
 Thiết kế bài giảng có sử dụng mô hình
 Thực nghiệm
 Đánh giá kết quả
 Chỉnh sửa hoặc xây dựng mô hình và bài giảng mới

7
CHƢƠNG 3: SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH MATLAB TRONG DẠY HỌC PHẦN
DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
3.1. Đặc điểm, cấu trúc, nội dung chƣơng “dao động và sóng điện từ” vật lí 12 Ban nâng
cao
3.1.1. Đặc điểm, cấu trúc chương “dao động và sóng điện từ” trong chương trình vật lí phổ
thông lớp 12 chương trình nâng cao
3.1.2. Nội dung kiến thức chươn g: “Dao động và sóng điện từ”
3.1.2.1 Về mạch dao động
3.1.2.2 Về điện từ trường
3.1.2.3 Về sóng điện từ
3.1.2.4 Về nguyên tắc thông tin liên lạc bằng sóng vô tuyến
3.1.3. Mục tiêu về kiến thức và kĩ năng học sinh cần đạt khi học chƣơng “Dao động và
sóng điện từ”


u
L
=
C
q
=
tcos(
C
Q
o
) (3.3)
Hiệu điện thế hai đầu cuộn dây
Điện tích q trên bản tụ điện và cường độ dòng điện i trong mạch LC biến thiên điều hòa cùng
tần số theo thời gian; i nhanh pha
2

so với q và u
L
[4].

8
1
2
3
4
5
6
t


t

1.

10
8

5.

10
7
5.

10
7
1.

10
8
hieu dien the hai dau cuon day

Hình 3.4c

9

Hình 3.5. Sơ đồ biểu diễn đồng thời đồ thị I và q
3.2.2. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC
- Chu kỳ: T =



W
L
=
)t(sin.
C2
Q
)t(sin.
2
Q.L
Li
2
2
o
2
2
o
2
2



(3.7)
Năng lượng điện từ
W = W
C
+W
L
=
)t(cos.
C2

lượng bù phải đủng và đủ phần năng lượng tiêu hao trong mỗi chu kì.
3.2.3. Mạch chọn sóng LC
3.2.4. Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian
Sóng điện từ là sóng ngang. Trong quá trình truyền sóng véc tơ cường độ điện trường
E
, véc tơ từ trường
B
luôn vuông góc với nhau và vuông góc với phương truyền sóng[4]
- Trong chân không sóng điện từ truyền đi với vận tốc ánh sáng và với bước sóng , với  =
c.T (3.18)
T = 1/f :chu kỳ của dao động điện từ.
trong đó: c là vận tốc ánh sánh trong chân không
Mô phỏng sự lan truyền của sóng điện từ trong chân không bằng ngôn ngữ Matlab.
Chạy chương trình mô phỏng ta thu được kết quả như trên hình 3.14:

Trong không gian điện trường và từ trường dao động cùng pha với nhau.
Sóng điện từ cũng tuân theo các định luật phản xạ, khúc xạ, nhiễu xạ khi truyền từ môi
trường này sang môi trường khác.

3.5. Truyền thông bằng sóng điện từ
3.5.1. Nguyên lý thu, phát sóng vô tuyến
3.3. Thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm:
3.3.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm
Việc thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THPT Cổ Loa – Đông
Anh – Hà nội với đối tượng là học sinh lớp 12 Ban tự nhiên.
Lớp đối chứng là lớp 12A2 có 51 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống,
không có sự hỗ trợ của phần mềm toán học Matlab.
Lớp thực nghiệm là lớp 12A3 có 53 học sinh, dạy theo tiến trình đã soạn thảo có sử
dụng phần mềm toán học Matlab để giảng dạy.


- Tại lớp thực nghiệm
Để chuẩn bị cho tiến trình thực nghiệm sư phạm diễn ra trong chương “Dao động và
sóng điện từ” Vật Lý 12 nâng cao, chúng tôi yêu cầu học sinh ôn tập lại chương “Dao động
điều hoà”
Ở bài học “Dao động điện từ”, đầu tiên giáo viên hướng dẫn học sinh sử dụng phiếu học
tập KWL (phụ lục 2) để nhớ lại những kiến thức cũ và liên kết hình thành kiến thức mới với
sự trợ giúp của mô hình Matlab.
Ở các bài tiếp theo với sự giúp đỡ của mô hình Matlab, học sinh hình thành kiến thức
mới một cách trực quan. Và ở bài tổng kết cuối cùng, chúng tôi chia học sinh thành các nhóm
và giao nhiệm vụ cho mỗi nhóm tổng kết lại một bài trong chương và đồng thời tổng kết lại cả
chương sử dụng lược đồ tư duy
3.3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm
Để có căn cứ đánh giá chúng tôi đã soạn thảo và tổ chức cho học sinh làm bài kiểm
tra tự luận với thời gian 45 phút sau khi kết thúc chương: “Dao động và sóng điện từ”. Nội
dung bài kiểm tra bao gồm một số kiến thức cơ bản mà học sinh phải nắm vững và phải vận
dụng được nội dung bài kiểm tra, cũng có tác dụng giúp chúng tôi một lần nữa thẩm định lại
những khó khăn, sai lầm của học sinh mà chúng tôi tìm hiểu trước đó, đồng thời qua đó làm
căn cứ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề, tư duy vật lý và tính sáng tạo của học sinh.
* Phân tích số liệu

12
Sau khi tổ chức cho học sinh làm bài kiểm tra viết chúng tôi tiến hành chấm bài và xử lí kết
quả thu được theo các phương pháp thống kê toán học.
+ Bảng thống kê số điểm
+ Vẽ đồ thị so sánh giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.
+ Tính các tham số thống kê
- Kết quả kiểm tra học sinh sau thực nghiệm
Bảng 3.2. Kết quả kiểm tra sau khi dạy thực nghiệm
Điểm số

6
4
24
7
42
5
2
10
4
20
4
0
0
2
8
Tổng số
51
435
53
413
Điểm trung bình

8,53
7,79
Phương sai mẫu (DX)
2,21
2,90
Độ lệch chuẩn (S
x
)


13
Làm đúng
51
46
45
32
40
19
Làm sai
0
7
6
16
7
13
Không trả lời
0
0
0
5
4
11

Biểu đồ 3.1 So sánh tỉ lệ % làm đúng các câu trong đề kiểm tra
0
20
40
60
80

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để đánh giá
hiệu quả của qúa trình giảng dạy có sử dụng mô hình được xây dựng bằng phần mềm Matlab .
Như vậy, với việc sử dụng mô hình được xây dựng bằng phần mềm Matlab trong việc
dạy vật lý chương "Dao động và sóng điện từ” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, luận văn
đã làm rõ được một số đồ thị điện tích, cường độ dòng điện theo thời gian, dao động điện từ
tắt dần, qúa trình truyền sóng điện từ trong không gian… đây là các vấn đề học sinh khó hình
dung được trong thực tế Hơn nữa với việc sử dụng phần mềm Matlab, giáo viên đã tạo cho
học sinh có nhiều cơ hội tiếp cận với công nghệ thông tin, có cơ hội trao đổi các vấn đề với
giáo viên, giúp đơn giản hoá các vấn đề trừu tượng, góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ,
bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh. Các kết quả nghiên cứu có thể xem là một tài liệu
tham khảo về phương pháp dạy học cho các giáo viên Vật Lý ở trường THPT.
Tuy nhiên, đề tài vẫn tồn tại một số hạn chế sau:
- Khi thực hiện bài giảng có sự hỗ trợ của phần mềm Matlab thì thời gian chuẩn bị
tương đối nhiều, đòi hỏi giáo viên phải có kiến thức nhất định về CNTT, đặc biệt phải có kỹ
năng lập trình phần mềm Matlab trong việc xây dựng các mô hình trong chương trình vật lý
phổ thông.
- Tính ứng dụng của luận văn sẽ được phát huy tối đa khi các thiết bị công nghệ dạy
học được trang bị đầy đủ, như máy tính chạy phần mềm, máy chiếu Projector… Do đó nếu
không được đáp ứng các nhu cầu trên, đề tài của luận văn khó phát huy được ưu thế.
Do điều kiện về thời gian, không gian và khuôn khổ thực hiện của luận văn nên chắc
chắn không thể tránh khỏi thiếu sót, tôi rất mong nhận được các ý kiến đóng góp của các Thầy
Cô giáo và các bạn đồng nghiệp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành
cảm ơn!

References
Tài liệu tham khảo Tiếng Việt
[1]. Tôn Tích Ái. Phương pháp số, NXB ĐHQG Hà Nội, 2001.
[2]. Dƣơng Trọng Bái, Đào Văn Phúc, Vũ Quang. Bài tập Vật Lý 12, NXB Giáo dục, 2001.
[3]. Nguyễn Ngọc Bảo. Phát huy tính tích cực, tự lực của học sinh trong quá trình dạy học.
Vụ Giáo viên, Hà Nội, 1995.

phát triển công nghệ thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá.
[19]. Chỉ thị số 40-Ct/TW ngày 15/06/2004 của Ban bí thư TW Đảng về việc xây dựng, nâng
cao chất lượng đội ngũ nhà giáo và cán bộ quản lí giáo dục.
[20]. Luật giáo dục, NXB Chính trị quốc gia, 2005
[21]. Văn kiện Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ IX Đảng cộng sản Việt Nam, NXB Chính
trị Quốc gia, Hà Nội 2001
Tài liệu tham khảo Tiếng Anh

16

[22]. David W.Stockburger, Introductory Statistics: Concepts, Models, and Applications,
Emeritus Professor, Missouri State University.
[23]. Brenda Branyan, Broadbent, R.Kent Wood. Education Media and technology
yearbook. Libraries Unlimited, Inc. Englewood, Colorrado, 1990.