ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
HÀ THỊ MINH PHƯỢNG
SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP GRAPH HƯỚNG DẪN HỌC SINH
GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG CƠ,
VẬT LÍ LỚP 12 NÂNG CAO
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành:
LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC (BỘ MÔN
VẬT LÝ)

Người hướng dẫn khoa học: TS. PHẠM KIM CHUNG
HÀ NỘI – 2012v
MỤC LỤC

Trang
Lời cảm ơn……………………………………………………………
i
Danh mục viết tắt……………………………………………………….
ii
Danh mục bảng biểu……………………………………………………
iii
Danh mục sơ đồ, hình vẽ……………………………………………….
iv
Mục lục……………………………………………………………
v
MỞ ĐẦU……………………………………………………………
1
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

1.5.2. Nội dung tìm hiểu………………………………………………
21
1.5.3. Phương pháp điều tra tìm hiểu…………………………………
22
1.5.4. Kết quả điều tra tìm hiểu………………………………………
22
1.5.5. Nhận xét chung…………………………………………………
26
1.6. Kết luận chương 1………………………………………………….
27 vi
Chƣơng 2: SỬ DỤNG PHƢƠNG PHÁP GRAPH HƢỚNG DẪN
HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN GIAO THOA SÓNG CƠ VẬT
LÍ LỚP 12 NÂNG CAO ……………………………………………… 29
2.1. Yêu cầu về kiến thức, kỹ năng. ………………………………….
29
2.1.1. Yêu cầu về kiến thức ……………………………………………
29
2.1.2. Yêu cầu về kỹ năng ……………………………………………
30
2.2. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí bằng Graph………………
31
2.3. Xây dựng hệ thống bài tập và Graph hướng dẫn học sinh giải bài
tập phần giao thoa sóng cơ……………………………………………


sinh giải bài tập vật lí…………………………………………………
69
3.4. Kết luận chương 3…………………………………………………
70
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ……………………………………
72
TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………………………………….
74
PHỤ LỤC………………………………………………………………
76
1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong dạy học vật lí ở trường phổ thông, bài tập vật lí luôn giữ một vị
trí đặc biệt quan trọng trong việc thực hiện nhiệm vụ dạy học vật lí. Nghiên
cứu thực tế việc giảng dạy bài tập vật lí ở các trường trung học phổ thông cho
thấy việc hướng dẫn học sinh giải bài tập vẫn còn rập khuôn theo các dạng
bài và vận dụng công thức toán học để giải các bài tập. Việc vận dụng kiến
thức vật lí và các phương pháp nhận thức của vật lí để giải các bài tập đó còn
hạn chế, ít quan tâm đến phát triển tư duy vật lí.
Phương pháp Graph giúp xây dựng lôgíc tiến trình giải bài tập với tốc
độ nhanh, hiệu quả. Trong chương trình vật lí lớp 12 nâng cao, chương “Sóng
cơ” có vai trò quan trọng trong việc tạo nền tảng kiến thức về các hiện tượng
vật lí có bản chất sóng, việc dạy và học phần này hiệu quả, sẽ giúp cho học
sinh học các phần sau hiệu quả hơn.
Từ những lí do trên tôi chọn đề tài “Sử dụng phương pháp Graph
hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng

sóng cơ và những tài liệu tham khảo có liên quan để xác định mức độ nội
dung kiến thức và yêu cầu HS cần nắm vững.
6.2. Nghiên cứu thực tiễn
- Điều tra thực tiễn việc sử dụng phương pháp Graph trong quá trình dạy của
giáo viên và học của học sinh khi giải bài tập, phần giao thoa sóng cơ, vật lí
lớp 12 nâng cao tại trường trung học phổ thông.
6.3. Thực nghiệm sư phạm
- Tiến hành giảng dạy song song nhóm đối chứng và nhóm thực nghiệm ở
trường trung học phổ thông theo phương án đã xây dựng.
- Phân tích định tính và định lượng để đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả
của các biện pháp do đề tài đưa ra.
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục,
luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài.
Chương 2: Sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần
giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. 3
CHƢƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Bài tập vật lí và vai trò trong dạy học vật lí
1.1.1. Bài tập vật lí
Bài tập vật lí được hiểu là một vấn đề được đặt ra mà trong trường hợp
tổng quát đòi hỏi những suy luận lôgíc, những phép toán và thí nghiệm dựa
trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí.
Bài tập vật lí là những bài luyện tập được lựa chọn một cách phù hợp
với mục đích, hình thành các kiển thức, phát triển tư duy vật lí và rèn luyện

1.3.2.1.Graph vô h
ư
ớng
Graph vô h
ư
ớng G = (V, E) gồm tập V ≠ Ø mà các phần tử của nó gọi
là các đỉnh và một tập E mà các phần tử của nó gọ i là các cạnh.
1.3.2.2. Graph có hướng
Graph có hướng G = (V, E) gồm tập V ≠ Ø mà các phần tử gọi là các
đỉnh và một tập E mà các phần tử của nó gọ i là các cạnh, đó là các cặp sắp
thứ tự của các phần tử thuộc V.
1.3.3. Các bước lập graph giải bài tập vật lí
* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph.
* Bước 2: Thiết lập các cung.
* Bước 3: Hoàn thiện graph (bố trí các đỉnh và các cung).
1.3.4. Giải bài tập vật lí bằng Graph
Quy ước: Cái đã cho – kí hiệu chữ hoa: A,B,C ) và cái phải tìm (X),
thông qua các cái chưa biết (chữ thường: a,b,c).
Hai dạng Graph vô hướng và Graph có hướng, cụ thể như sau:
+ Mô hình hóa giải bài tập vật lí bằng Graph vô h
ư
ớng:
* Bước 1: Xác định các đỉnh của graph.
Tóm tắt, phân tích đầu bài toán, xác định các đại lượng đã cho và đại lượng
cần tìm . Đặt vào các đỉnh.
* Bước 2: Thiết lập các cung.
Dựa vào các mối quan hệ giữa các đỉnh của gra ph, nối chúng lại để
diễn tả mối liên hệ giữa các đỉnh.
* Bước 3: Hoàn thiện graph.


ớng
1.4. Một số nguyên tắc sử dụng graph trong DHVL
- Tránh tính hình thức trong việc lập và sử dụng grap h.
- Tránh lạm dụng graph.
1.5. Thực trạng việc sử dụng phƣơng pháp Graph trong DHVL
1.5.1. Mục đích điều tra tìm hiểu
Tìm hiểu tình hình dạy và học bài tập vật lí phần giao thoa sóng cơ học,
vật lí lớp 12 nâng cao ở trường THPT Thái Phiên thành phố Hải Phòng làm
cơ sở thực hiện đề tài.
A
a?
b?
G1(V1)
B
a?
c?
G2(V2)
c
D
G3(V3)
X?
E1{A,a}
E2{B,b}
E3{C,c}
X(a,b)
G1(a,b)

c
G2
G3

khả năng vận dụng kiến thức vật lí giải quyết các vấn đề thực tiễn, việc giải
bài tập vật lí đòi hỏi những suy luận lôgíc, những phép toán và thí nghiệm
dựa trên cơ sở các định luật và các phương pháp vật lí. Việc giải bài tập đòi
hỏi sự tư duy định hướng một cách tích cực.
Phương pháp Graph là phương pháp khoa học sử dụng graph để mô tả
sự vật, hoạt động, cho phép hình dung một cách trực quan các mối liên hệ
giữa các yếu tố trong cấu trúc của sự vật, cấu trúc lôgíc của qui trình triển 7
khai hoạt động (con đường từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc hoạt động) giúp
con người qui hoạch tối ưu, điều khiển tối ưu các hoạt động. Graph có tác
dụng mô hình hoá các đối t
ư
ợng nghiên cứu và mã hoá các đối
tượng
đó bằng
một loại “ngôn ngữ” vừa trực quan, vừa cụ thể và cô đọng.
Việc sử dụng Graph trong hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí giúp học
sinh thu nhận kiến thức một cách khoa học hơn, hiểu vấn đề một cách khái
quát hơn.
Trên cơ sở nghiên cứu lí thuyết về Graph, đề tài nghiên cứu sử dụng
vô hướng và graph có hướng để hỗ trợ việc hướng dẫn học sinh giải bài tập
vật lí, cụ thể là sử dụng graph vô hướng để tìm mối quan hệ giữa các đại
lượng đã biết và đại lượng cần tìm, từ đó xây dựng graph có hướng để xác
định các bước giải bài tập vật lí.
Trên cơ sở tìm hiểu tình hình dạy và học bài tập vật lí nói chung và
phần giao thoa sóng cơ học, vật lí lớp 12 nâng cao nói riêng ở trường THPT
Thái Phiên thành phố Hải Phòng, xác định khó khăn của giáo viên khi dạy và
học sinh khi học giải bài tập vật lí, đồng thời tìm hiểu thực trạng của việc sử

gồm 4 bước như sau:
* Bước 1. Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời giải.
* Bước 2. Thiết lập các phương trình, xây dựng Graph có hướng xác định
các bước giải.
* Bước 3. Giải bài toán theo các bước đã lập.
* Bước 4. Trình bày lời giải
Căn cứ vào Graph có hướng và kết quả tính toán để giải bài toán.
Ví dụ: Trong thí nghiệm giao thoa trên mặt nước có 2 nguồn kết hợp S
1
, S
2

dao động cùng pha, cùng tần số f = 10 Hz. Tại điểm M cách S
1,
S
2
lần lượt là
d
1
= 16cm, d
2
= 10cm có một cực đại. Giữa M và đường trung trực S
1
S
2
có
hai cực đại. Tìm tốc độ truyền sóng.
* Bước 1. Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời
giải.
Tóm tắt đầu bài:


Sơ đồ 2.2. Sử dụng Graph có hƣớng xác định bƣớc giải bài toán
* Bước 3. Giải bài toán theo các bước đã lập.
E1 :
1
1212
12
k
dd
n
dd
ndd

E2.
v = λ f = 2.10 = 20 cm/s
* Bước 4. Trình bày lời giải
Ta có giữa trung trực S
1
S
2
và M có k cực đại , suy ra n = k +1.
f
d1
n
d2
k
c
v?

E1. = |d1-d2|/k+1

2.3. Xây dựng hệ thống bài tập và Graph hƣớng dẫn học sinh giải bài tập
phần giao thoa sóng cơ
2.3.1. Kiến thức, kĩ năng cần thiết để giải bài tập chương Sóng cơ
Theo chương trình môn Vật lí lớp 12 trung học phổ thông (nâng cao),
những kiến thức, kĩ năng cơ bản phần sóng cơ như sau:
1. Xác định bước sóng
2. Thiết lập phương trình sóng
3. Xác định độ lệch pha giữa 2 điểm cách nguồn một khoảng x
1
, x
2
4. Xác định điều kiện và các đặc điểm giao thoa sóng:
a. Xác định điều kiện giao thoa
b. Xác định phương trình sóng tại một điểm
c. Xác định các đặc điểm khi có giao thoa sóng
5. Xác định điều kiện và các đặc điểm giao thoa sóng trên dây – hiện tượng
sóng dừng
a.Xác định điều kiện để có sóng dừng và đặc điểm sóng dừng.
b. Thiết lập phương trình sóng dừng trên sợi dây
6. Xác định các đặc điểm của sóng âm
a. Xác định cường độ âm
b. Xác định mức cường độ âm
c. Xác định tần số âm được phát ra bởi nhạc cụ
2.3.2. Các dạng bài tập và phương pháp giải các dạng bài tập phần giao
thoa sóng cơ, vật lí 12 nâng cao
Trên cơ sở phân tích trên, đề tài soạn hệ thống bài tập theo các dạng đã
xác định và xây dựng các graph để hướng dẫn giải bài tập.
Ví dụ đối với dạng “Viết phương trình sóng tại M cách S
1,
S

= ?

Sơ đồ 2.3. Graph vô hƣớng bài toán 1

* Bước 2. Xây dựng Graph có hướng

Sơ đồ 2.4. Graph có hƣớng bài toán 1

* Bước 3. Giải bài toán.
E1 :
v = 80 cm/s , f = 40 Hz = v/f =2 cm.
G2
G1(d1,d2)
G2 (d,u)
f

M
= 2a.cos
d
.cos[
12
( )]t d d

E1
E2
f 12
E2.
u
M
= 2.2
4
2
cos
.cos(80πt -
)16.
2
u
M
= 4cos(80πt - 8π) cm
* Bước 4. Trình bày lời giải
Ta có công thức: u
M
= 2a.cos

vận dụng linh hoạt trong các trường hợp cần thiết.
Căn cứ vào các kiểu Graph và cách xây dựng Graph cũng như tác dụng
của các Graph đó, kết hợp với các bước giải bài tập vật lí nói chung, chúng
tôi xây dựng tiến trình hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí gồm các hoạt
động như sau:
* Hoạt động 1: Ôn tập (kiểm tra bài cũ)
Trong hoạt động này, giáo viên hướng dẫn học sinh ôn lại các kiến thức
liên quan đến các dạng bài tập. Giáo viên có thể sử dụng Graph để hệ thống
hóa các kiến thức liên quan.
* Hoạt động 2: Giao bài tập
Giáo viên nêu đề bài và hướng dẫn học sinh tìm hiểu đề bài, phân tích
hiện tượng. Trong hoạt động này giáo viên nêu đề bài còn học sinh tự suy 13
nghĩ giải quyết, ngoài việc thực hiện vai trò cố vấn cho học sinh khi cần thiết
(gợi ý, giải đáp các thắc mắc, chi chưa rõ của đề bài ). Giáo viên phân tích,
ghi trên bảng các bài tập điển hình, nêu các câu hỏi, tổ chức và động viên tập
thể học sinh tham gia vào công việc giải bài toán đặt ra.
Giáo viên hướng dẫn học sinh thực hiện:
1. Tìm hiểu đề bài
a) Ở bước này cần xác định rõ các điều kiện và làm rõ ý nghĩa các thuật ngữ,
các cụm từ quan trọng.
b) Ghi vắn tắt các điều kiện, có thể sử dụng các kí hiệu, vẽ hình hoặc sơ đồ
nếu cần thiết.
2. Phân tích hiện tượng
Phân tích nội dung BT với mục đích làm rõ bản chất Vật lí của các hiện
tượng được mô tả trong bài, gợi lại trong đầu óc của HS những khái niệm,
định luật có liên quan, cần thiết cho việc giải BT.
* Hoạt động 3: Tổ chức HS xây dựng lập luận giải bài tập.

Trên cơ sở phân tích yêu cầu về kiến thức, kĩ năng giải bài tập phần
giao thoa sóng cơ theo chương trình vật lí lớp 12 nâng cao, đề tài đã xác định
những kiến thức cơ bản và kĩ năng giải bài tập phần này, từ đó làm căn cứ
xác định các dạng bài tập cơ bản trong phần trên.
Căn cứ vào các kiểu Graph và cách xây dựng Graph cũng như tác dụng
của các Graph đó, kết hợp với các bước giải bài tập vật lí nói chung, xây
dựng quy trình hướng dẫn học sinh giải bài tập gồm 4 bước như sau:
Bước 1. Phân tích bài toán, xây dựng graph vô hướng định hướng tìm lời
giải.
Bước 2. Thiết lập các phương trình, xây dựng Graph có hướng xác định các
bước giải.
Bước 3. Giải bài toán theo các bước đã lập.
Bước 4. Trình bày lời giải.
Từ việc xác định các dạng bài tập phần trên, đề tài đã soạn hệ thống các
bài tập từ đơn giản đến phức tạp. Với mỗi dạng bài tập đều có hướng dẫn học
sinh xây dựng lập luận giải các bài toán bằng Graph.
Dựa trên tư tưởng “bài toán con đường ngắn nhất” của lý thuyết
graph trong dạy học, nhằm thực hiện bài toán theo hướng tối ưu hoá, tức là 15
xác định các phương án khác nhau để triển khai bài học. Đề tài đã xây dựng
tiến trình dạy học sinh giải bài tập bằng Graph.
Mặc dù các bài tập vật lí khác nhau về loại và mục đích sử dụng trong
dạy học, người thầy giáo không chỉ đơn giản trình bày cách giải cho học sinh
mà phải dạy học sinh tự lực giải được bài tập vật lí. Vì vậy, việc sử dụng
Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập giúp giáo viên trình bày cách giải mẫu
mỗi loại bài, hình thành cho học sinh thói quen phân tích đúng bài toán, ghi
chép và tính toán một cách hợp lí, rèn luyện tư duy logic. Học sinh có thể sử
dụng Graph như công cụ để tìm lời giải tối ưu cho mỗi dạng bài tập.

3.2. Cách thức tiến hành thực nghiệm sƣ phạm
Trong quá trình thực nghiệm sư phạm, chúng tôi tiến hành dạy song
song ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng trong cùng một thời gian, cùng nội
dung phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao. 17
Ở lớp đối chứng, giảng dạy với phương pháp truyền thống.
Ở lớp thực nghiệm, tôi trực tiếp giảng dạy, áp dụng phương pháp Graph
để hướng dẫn học sinh giải bài tập.
Cuối đợt thực nghiệm sư phạm chúng tôi đã cho học sinh làm một bài
kiểm tra viết 45 phút để sơ bộ đánh giá kết quả của tiến trình dạy học đã
soạn. Ngoài ra, chúng tôi tổ chức điều tra để đánh giá về hứng thú của học
sinh trong khi học bằng Graph.
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Phân tích định tính
+ Ở lớp thực nghiệm 12A5:
Tiết học đầu, chúng tôi hướng dẫn học sinh cách thức xây dựng graph
để giải các bài tập vật lí với các bài tập xác định các đại lượng cơ bản của
sóng (bài 1,2). Giáo viên hướng dẫn học sinh làm quen với cách xác định các
đỉnh graph, dựa vào các đỉnh xác định các mối liên hệ và xây dựng graph vô
hướng. Sau đó giáo viên yêu cầu học sinh tự xác định các bước giải bài tập
và xây dựng graph có hướng, trình bày lời giải bằng graph, ghi chép vào vở
để chuẩn bị cho thảo luận.
Ở tiết học thứ 2, tiết học này chúng tôi quan sát và sử dụng kết quả để
so sánh với lớp đối chứng.
Hầu hết học sinh đã xây dựng được các grahp để giải bài tập, nhưng khi
yêu cầu tìm lời giải tối ưu hoặc giải thích cách xây dựng lập luận giải bài tập,
đa số học sinh rất lúng túng. Về tinh thần học tập của học sinh, số đông học
sinh có sự quan tâm và tham gia việc đóng góp xây dựng bài với một không

* Thống kê kết quả bài kiểm tra:
Sử dụng chức năng thống kê mô tả tần suất (Frequencies) và vẽ đồ thị, kết
quả như sau (bảng 3.1; 3.2 và hình 3.1):
Bảng 3.2.Bảng tần suất điểm - Lớp thực nghiệm Frequency
Percent
Valid Percent
Cumulative
Percent
Vali
d
5
1
2.6
2.6
2.6
6
5
13.2
13.2
15.8
7
5
13.2
13.2
28.9
8
17

Thuc nghiem
38
7.789
1.0694
.1735
Doi chung
40
7.100
1.1503
.1819

Bảng 3.1. Bảng tần suất điểm - Lớp đối chứng Frequency
Percent
Valid Percent
Cumulative
Percent
Valid
3
1
2.5
2.5
2.5
4
1
2.5
2.5
5.0
20
Nhìn trên đồ thị chứng tỏ lớp thực nghiệm HS đồng đều hơn lớp đối
chứng. Điểm trung bình lớp thực nghiệm: 7,79; lớp đối chứng là 7,1. Tuy
nhiên để khẳng định chắc chắn sự khác biệt này, nhóm tiến hành thực hiện
kiểm định thống kê T-test về sự sai khác giá trị trung bình điểm số của các
lớp bằng phần mềm SPSS.
Bảng 3.4. Bảng kiểm định kết quả kiểm tra T – test. Levene's
Test
t-test for Equality of Means F
Sig.
t
df
Sig.
(2-
tailed)
Mean
Differenc
e
Std. Error
Differenc
e
95% CID

1.1901

- Đồ thị tần suất cho thấy số điểm nhiều nhất của lớp thực nghiệm tập
trung ở điểm 8, còn lớp đối chứng chỉ tập trung ở điểm 7. Miền giá trị của lớp
thực nghiệm từ 4,5- 9,5, độ lệch chuẩn 1,7; lớp đối chứng 2,5-9,5, độ lệch
chuẩn 1,8; như vậy ở lớp thực nghiệm độ phân tán ít hơn chứng tỏ lớp thực
nghiệm học sinh đồng đều hơn lớp đối chứng.
- Điểm trung bình cộng của học sinh lớp thực nghiệm (7,79) cao hơn
lớp đối chứng (7,1). Phép kiểm định T-test trên phần mềm SPSS

chứng tỏ
việc sử dụng phương pháp Graph hướng dẫn học sinh giải bài tập phần giao
thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao có hiệu quả tốt hơn phương pháp dạy học
thông thường. 21
Như vậy, xét về mặt định lượng việc sử dụng phương pháp Graph hướng
dẫn học sinh giải bài tập phần giao thoa sóng cơ, vật lí lớp 12 nâng cao đã
đem lại hiệu quả bước đầu trong việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến
thức của học sinh.
3.3.3. Hiệu quả của phương pháp Graph đối với việc hướng dẫn học sinh
giải bài tập vật lí
Với phương pháp Grahp, học sinh nắm được nội dung các khái niệm đã
học, biết vận dụng định nghĩa, khái niệm để giải các bài tập cụ thể, tuy nhiên
còn một số học sinh còn mắc sai lầm khi tính toán, biến đổi, lập luận thiếu
chặt chẽ do đó dẫn đến kết quả sai.
3.4. Kết luận chƣơng 3
Qua một số tiết học ít ỏi của quá trình thực nghiệm sư phạm, với số
lượng học sinh hạn chế, chưa đủ để khẳng định giá trị phổ biến của việc sử