Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm
Matlab để giảng dạy chương "Sóng ánh sáng"
vật lý lớp 12 nâng cao Nguyễn Thị Nga Trường Đại học Giáo dục
Luận văn ThS. ngành: Lý luận và phương pháp dạy học (Bộ môn Vật lý)
Mã số: 60 14 10
Người hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Loát
Năm bảo vệ: 2012 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, biến đổi của đối tượng Vật lý. Phân tích nội dung dạy học chương “Sóng ánh
sáng” – Vật lý 12 nâng cao, tập trung vào các bài giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng.
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 giảng dạy; Vật lý; Lớp 12 Content
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Thế kỉ XXI là thế kỉ của sự bùng nổ thông tin và khoa học kĩ thuật, xã hội tri thức
phát triển rất nhanh, yêu cầu xã hội đặt ra đối với giáo dục là phải giải quyết nhanh mâu

- Rèn luyện tư duy lôgic, giải quyết vấn đề.
3. Lịch sử nghiên cứu
Trong những năm gần đây đã có một số đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab
trong dạy học Vật lý THPT như:
- Dạy học bài toán dao động và sóng sử dụng mô hình được xây dựng bằng phần
mềm Matlab (Luận văn Thạc sỹ Đinh Đức Chính)
- Sử dụng một số mô hình dao động và sóng điện từ xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab
để giảng dạy chương “ Dao động và sóng điện từ” – Vật lý 12 THPT ban nâng cao (Luận văn Thạc sỹ
Trần Thị Thanh Vân)
- Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap trong dạy học bài tập phần Phóng xạ và phản
ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sỹ Nguyễn Văn Hiền)
4. Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu
- Nội dung một số bài học và bài luyện tập chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng
cao. Cụ thể là các bài liên quan đến hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng.
- Phần mềm toán học Matlab
- Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy và học các kiến thức v ề giao thoa và
nhiễu xạ ánh sáng.
5. Câu hỏi nghiên cứu
Thiết kế và sử dụng một số mô hình xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab như thế
nào để phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh khi giảng dạy chương “Sóng ánh sang”
– Vật lý 12 nâng cao?
6. Giả thuyết khoa học
Nếu thiết kế và sử dụng được một số mô hình xây dựng bằng phần mềm Matlab trong
dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao sẽ phát huy được tính tích cực hoạt
động nhận thức của học sinh và nâng cao chất lượng kiến thức.
7. 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, biến đổi của đối
tượng Vật lý.
- Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, tập

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 mô hình có giá trị thực tiễn.
11. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễncủa đề tài
Chương 2: Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” và ứng dụng phần
mềm Matlab xây dựng một số mô hình dạy học
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Cơ sở về phƣơng pháp dạy học
1.1.1. Phương pháp dạy học
Phương pháp dạy học theo nghĩa chung nhất là những cách thức tiến hành hoạt động
dạy học. Áp dụng vào quá trình dạy học hiện đại có thể nói phương pháp dạy học là hệ thống
những hành động có chủ đích theo một trình tự nhất định của giáo viên, nhằm tổ chức hoạt
động nhận thức và hoạt động thực hành của học sinh nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nội dung
dạy học và thực hiện mục đích dạy học. Phương pháp dạy học là tổng hợp các cách thức hoạt
động phối hơp của giáo viên - học sinh được thực hiện trong quá trình dạy học. Trong đó,
cách thức hoạt động của giáo viên đóng vai trò chủ đạo, cách thức hoạt động của học sinh đóng
vai trò chủ động nhằm thực hiện tốt mục đích và nhiệm vụ dạy học.
Mỗi phương pháp dạy học bao gồm các yếu tố [5]:
 Mục đích dạy học được xác định trước.
 Hệ thống những hành động liên tiếp tương ứng.
 Phương pháp hành động tương ứng.
 Quá trình biến đổi của đối tượng bị tác động, kết quả thu được.
1.1.2. Thực trạng của việc dạy và học hiện nay
Thực tế dạy học ở trường phổ thông của chúng ta hiện nay vẫn mang nặng tính chất
độc thoại, thông báo, giảng giải, áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước của sự dạy và tính

Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò.
1.2. Cơ sở lí luận về thiết kế phƣơng án dạy học
1.2.1. Cơ sở khoa học để người giáo viên có thể thiết kế phương án dạy học
1.2.2. Thiết kế phương án dạy học một bài học bao gồm các bước như sau
1.2.2.1. Xác định các yếu tố cơ bản của nội dung kiến thức cần dạy trong bài
1.2.2.2. Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức
1.2.2.3. Xác định mục tiêu dạy học
1.2.2.4. Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học
1.2.2.5. Lựa chọn phương pháp dạy học
1.2.2.6. Chuẩn bị cho bài giảng.
1.2.2.7. Tổ chức hoạt động dạy học
1.3. Vai trò và ý nghĩa của công nghệ thông tin trong dạy học
Ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy, người giáo viên sẽ xây dựng bài học
một cách sinh động, thu hút được sự chú ý của học sinh, làm cho người học thấy hứng thú
hơn, giờ học trở nên sôi động hơn; người học tiếp thu bài nhanh hơn và có cảm giác như tự
mình đang tìm ra những điều mới lạ ở thế giới xung quanh bản thân mình. Qua đó giúp cho
học sinh thật sự tích cực chủ động học tập.
1.4. Phƣơng pháp mô hình
1.4.1. Các chức năng của mô hình
- Mô tả sự vật hiện tượng
- Giải thích các tính chất, hiện tượng có liên quan đến đối tượng
- Tiên đoán các tính chất và các hiện tượng mới
1.4.2. Tính chất của mô hình
- Tính chất tương tự với “vật gốc”.
- Tính đơn giản.
- Tính trực quan.
- Tính quy luật riêng.
- Tính lí tưởng.
1.4.3. Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí
- Mô hình vật chất


CHƢƠNG 2
THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY
CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO
2.1. Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao
Vật lí 12 đã trình bày một số vấn đề hiện đại phù hợp với xu thế chung của các nước
trong khu vực và trên thế giới: “Động lực học vật rắn”, “Sơ lược về thuyết tương đối hẹp”, và
“Từ vi mô đến vĩ mô” nhằm giúp học sinh có một cái nhìn tổng quan về thế giới vật chất,
khái quát các kiến thức đã học trong chương trình vật lí phổ thông. Ngoài ra, còn có một số
nội dung mới trong các chương còn lại như: Hiệu ứng Đốp-ple, Nhiễu xạ ánh sáng, Hấp thụ
ánh sáng, Phản xạ lọc lựa, Màu sắc các vật, Sơ lược về laze…
2.2. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao
2.2.1. Tán sắc ánh sáng
2.2.2. Nhiễu xạ ánh sáng
2.2.3. Giao thoa ánh sáng
2.2.4. Máy quang phổ và các loại quang phổ
2.2.5. Tia hồng ngoại. Tia tử ngoại. Tia X
2.2.6. Thuyết điện từ ánh sáng. Thang sóng điện từ
2.3. Kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí
12 nâng cao
2.3.1. Kiến thức:
- Mô tả được hiện tượng tán sắc qua lăng kính và nêu được hiện tượng tán sắc là
gì
- Nêu được mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không và
chiết suất của môi trường phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng trong chân
không.
- Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì.
- Trình bày được một thí nghiệm về sự giao thoa ánh sáng và nêu được điều kiện
để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng.
- Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa.

dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao sẽ phát huy được tính tích cực hoạt
động nhận thức của học sinh và nâng cao chất lượng kiến thức”.
Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng các mô hình được thiết kế bằng phần mềm
Matlab trong quá trình giảng dạy nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS.
Xử lí và phân tích kết quả để đánh giá khả năng sử dụng các mô hình được thiết kế
bằng phần mềm Matlab chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao.
Thực nghiệm sư phạm đảm bảo kết quả về mặt định lượng, đảm bảo tính khoa học,
tính khách quan và phù hợp với thực tế.
3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm
- Lên kế hoạch thực nghiệm sư phạm.
- Khảo sát, điều tra cơ bản để chọn các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, chuẩn bị
các thông tin và điều kiện cần thiết phục vụ cho công tác thực nghiệm sư pha
̣
m.
- Trao đổi với học sinh lớp thực nghiệm về phương pháp và nội dung thực nghiệm.
- Triển khai dạy học 2 bài theo tiến trình đã soạn thảo.
- Xử lí, phân tích kết quả thực nghiệm, đánh giá theo các tiêu chí. Từ đó nhận xét và
rút ra kết luận về tính khả thi của đề tài.
3.3. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm: Lớp 12C1và 12C2 trường THPT Thanh Liêm B,
Hà Nam.
3.4. Thời gian thực nghiệm sƣ phạm: Từ 15/10/2012 đến 15/11/2012
3.5. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ 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 chương "Sóng ánh sáng".
Lớp thực nghiệm 12C1 (sĩ số 45) và lớp đối chứng 12C2(sĩ số 44). Đây là cặp lớpcó chất
lượng học sinh là tương đương nhau.
Ở lơ
́
p đối chư
́

học. Tính tích cực, chủ động của các em học sinh đã bước đầu được phát huy.
- Ở lớp đối chứng, không khí lớp học trầm hơn so với lớp thực nghiệm. Khi giáo viên
đưa ra các yêu cầu, các em học sinh đã thực hiện những yêu cầu đó nhưng với tinh thần không
hào hứng, nhiệt tình tham gia vào bài học. Các em học sinh không thật sự tích cực, chủ động
chiếm lĩnh tri thức.
3.7.2. Đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm
Dưới đây là phần trình bày kết quả thực nghiệm và xử lí số liệu.
Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm số đạt đƣợc trong bài kiểm tra thực nghiệm
Lớp
Số
HS
Điểm số
Điểm
TB
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ĐC
44
0
0
0

Lớp thực nghiệm:
22,8
2
X

X
i
n
1i

1

1

(
1


1
)
2


1




1




2

0
0
-7,55
57,0025
0,0000
0
0
-8,22
67,5684
0,0000
1
0
-6,55
42,9025
0,0000
1
0
-7,22
52,1284
0,0000
2
0
-5,55
30,8025
0,0000
2

1
-3,22
10,3684
10,3684
6
7
-1,55
2,4025
16,8175
6
5
-2,22
4,9284
24,6420
7
8
-0,55
0,3025
2,4200
7
7
-1,22
1,4884
10,4188
8
9
0,45
0,2025
1,8225
8

45 79,778

Trong đó n
1i
là số học sinh lớp đối chứng đạt điểm X
i
, n
2i
là số học sinh lớp thực
nghiệm đạt điểm X
i
.

Bảng 3.3. Bảng giá trị các tham số đặc trƣng

S
2

S

V(%)

d
TN-DC

6
7
8
9
10
ĐC
44
0
0
0
0
4,55
6,82
15,91
18,18
20,45
25,00
9,09
TN
45
0
0
0
0
0
2,22
11,11
15,56
22,22
31,11

10
ĐC
44
0
0
0
0
4,55
11,36
27,27
45,45
65,91
90,91
100
TN
45
0
0
0
0
0
2,22
13,33
28,89
51,11
82,22
100

Đồ thị đường phân bố tần suất và tần suất lích lũy cho hai đối tượng thực nghiệm là
lớp đối chứng và lớp thực nghiệm được biểu diễn như đồ thị dưới đây.





Đ












Đ


+
Đ
(3.8)
Với S được tính theo công thức sau :
   
   
49,1
24445
63,2.14481,1.145
2

Với mức hợp lý ( mức có nghĩa)α = 0,05;số bậc tự do bằng 87 tra bảng phân bố
Student, ta có t
α
= 1,65. Kết quả thực nghiệm thu được t=2,12 lớn hơn giá trị t
α
.
Như vậy, điểm trung bình của hai lớp là khác nhau do bản chất. Hay điểm trung bình
cộng của nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng là thực chất, không phải do ngẫu
nhiên. Điều này cho phép kết luận, dạy học với mô hình được thiết kế bằng phần mềm
Matlab mang lại kết qua cao hơn so với dạy học thông thường.
Mặt khác, quan sát đồ thị tần suất tích lũy của hai lớp cho thấy chất lượng của nhóm
thực nghiệm thực sự tốt hơn nhóm đối chứng. Đường biểu diễn tần số tích lũy của lớp thực
nghiệm nằm bên dưới và về phía bên phải so với lớp đối chứng.
Như vậy việc tổ chức tiến hành giảng dạy theo phương pháp đổi mới chương “Sóng
ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, bằng việc sử dụng các mô hình thiết kế bằng phần mềm
Matlab đã đem lại hiệu quả bước đầu trong việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức
của học sinh. Điều đó đã được thể hiện ở kết quả học tập của lớp thực nghiệm cao hơn so với
lớp đối chứng.

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
1. Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài luận văn đã cơ bản hoàn thành các nhiệm vụ
đặt ra:
- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về quá trình dạy học, đặc biệt chú trọng về cơ sở lý
luận của việc thiết kế phương án dạy học một bài, nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học
Matlab, nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức chương “Sóng ánh
sáng” 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 khi học xong
chương.
- Tìm hiểu thực tế dạy học phần kiến thức chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa Vật
Lý 12 nâng cao nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai lầm

ở trường THPT.
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
1. Tôn Tích Ái, phương pháp số, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2001.
2. Lƣơng Duyên Bình (tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên), Vật lí 12, NXB Giáo
Dục, 2011.
3. Lƣơng Duyên Bình (tổng chủ biên), Vũ Quang (chủ biên), Sách giáo viên Vật lí 12,
NXB Giáo Dục, 2011.
4. Phạm Kim Chung, bài giảng phương pháp dạy học, 2011.
5. Đặng Văn Đúc, Nguyễn Thị Thu Hằng, phương pháp dạy học theo hướng tích cực,
NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội, 2003.
6. Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Vật lí 12 Nâng cao,
NXB Giáo dục Việt Nam, 2011.
7. Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Sách giáo viên Vật
lí 12 Nâng cao, NXB Giáo dục Việt Nam, 2011.
8. Lê Viết Dƣ Khƣơng,Matlab – Một công cụ tin học mạnh trợ giúp hữu hiệu việc giảng dạy
và nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học và kĩ thuật – tuyển tập báo cáo hội thảo “Phát
triển công cụ tin học trợ giúp cho giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng toán học”, Hà Nội,
4/1909, tr 55 – 74.
9. Bùi Văn Loát, Thái Khắc Đinh,phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm hạt nhân,
NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2011.
10. Nguyễn Thị Mỹ Lộc, Đinh Thị Kim Thoa, Trần Văn Tính, tâm lí học giáo dục,
NXB Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2009.
11. Ngô Diệu Nga, bài giảng chuyên đề phân tích chương trình Vật lí phổ thông, 2010.