1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN THỊ NGA
THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ
G I Ả N G D ẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – V ẬT LÝ 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: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT
HÀ NỘI – 2012

v
MỤC LỤC

Trang
Lời cảm ơn
i
Danh mục viết tắt
ii
Danh mục các bảng
iii
Danh mục các hình
iv
Mục lục
v
MỞ ĐẦU
1
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
6
1.1.Cơ sở về phương pháp dạy học

27
1.5.Một vài nét về phần mềm Matlab
27
1.5.1.Matlab và đặc điểm của Matlab
27
1.5.2.Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab
28
1.5.3.Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lí trong giảng dạy
30
Kết luận chương 1
32
Chƣơng 2: THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM
MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” –
VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 33
2.1.Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao
33

vi
2.2.Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12
nâng cao

35
2.2.1.Tán sắc ánh sáng
35
2.2.2.Nhiễu xạ ánh sáng
36
2.2.3.Giao thoa ánh sáng

61
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM
62
3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm
62
3.2.Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm
62
3.3.Đối tượng thực nghiệm sư phạm
63
3.4.Thời gian thực nghiệm sư phạm
63
3.5.Phương pháp thực nghiệm sư phạm
63
3.6.Các bước tiến hành thực nghiệm
63
3.7.Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
64
3.7.1.Đánh giá định tính kết quả thực nghiệm
64
3.7.2.Đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm
65
Kết luận chương 3
72
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
73
TÀI LIỆU THAM KHẢO
75
PHỤ LỤC
77


chất của vấn đề cho học sinh. Do đó, gây ra những hạn chế cho học sinh trong việc
vận dụng những kiến thức này để giải quyết những vấn đề trong thực tế có liên
quan và không thể phát triển tư duy ở mức độ cao hơn.

2
Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và
học ở trường Trung học phổ thông, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một số mô hình bằng
phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao”
làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu thiết kế một số mô hình bằng Matlab để giảng dạy một số bài
học trong chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao nhằm tích cực hóa hoạt
động nhận thức của học sinh.
- 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

môn theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh.
Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn vật lí ở
trường THPT hiện nay nói chung, và của chương “Sóng ánh sáng” nói riêng. Cụ
thể là nội dung kiến thức phần giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng. Từ đó, xác định

4
chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài tập vật lý mà học sinh cần
phải tiếp thu được.
Nghiên cứu phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết
kế, mô phỏng các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng phục vụ quá trình dạy
học.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các trường THPT có đối chứng để kiểm
tra tính khả thi của luận văn, cụ thể là làm nổi bật vai trò của việc sử dụng các mô
hình trong việc nâng cao nhận thức của học sinh THPT trong các giờ học vật lí.
Nghiên cứu quá trình sử dụng máy tính trong việc ứng dụng phần mềm
Matlab mô phỏng, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng
dạy ở trường THPT
- Phương pháp thống kê toán học
Sử dụng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định để đánh giá kết
quả thực nghiệm sư phạm.
10. Đóng góp của đề tài
Góp phần làm sáng tỏ vai trò phương pháp mô 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 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

của sự dạy và tính chất thụ động theo dõi, chấp nhận ghi nhớ, thừa hành, bắt chước
của sự học. Kiểu dạy học này chưa khích lệ được tính tích cực, chủ động tìm tòi
sáng tạo của học sinh trong quá trình chiếm lĩnh tri thức.
1.1.3. Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học
Mục đích của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm đào tạo thế hệ trẻ năng
động, sáng tạo, có khả năng làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, có khả năng
hoạch định và giải quyết vấn đề,… Do đó, nét đặc trưng của hoạt động dạy là: tổ
chức tình huống học tập, kiểm tra định hướng hành động học độc lập tự chủ, sáng

6
tạo, trao đổi, tranh luận của học sinh… Nét đặc trưng của hoạt động học là ý thức
được vấn đề hay nhiệm vụ cần phải giải quyết, độc lập suy nghĩ kết hợp với ghi
nhận thông báo có kiểm tra phê phán để xác định giải pháp, tự chủ hành động giải
quyết nhiệm vụ học, …[13].
Việc đổi mới dạy học như vậy đã chuyển từ vị trí tôi học thuộc, tôi làm mẫu
sang vị trí tôi tự hỏi, tôi tự tìm tòi giải quyết vấn đề.
1.1.4. Phương pháp dạy học tích cực
1.1.4.1. Tính tích cực học tập
Tính tích cực học tập biểu hiện ở những dấu hiệu như: hăng hái trả lời các
câu hỏi của giáo viên, bổ sung các câu trả lời của bạn, thích phát biểu ý kiến của
mình trước vấn đề được nêu ra; hay thắc mắc, đòi hỏi phải được giải thích cặn kẽ
những vấn đề chưa đủ rõ, chủ động vận dụng kiến thức, kĩ năng vào vấn đề mới, có
khả năng tập trung cao vào vấn đề đang học, không chán nản trước những tình
huống khó khăn, luôn tìm cách khắc phục khó khăn để giải quyết vấn đề [10].
1.1.4.2. Phương pháp dạy học tích cực
Phương pháp dạy học tích cực là phương pháp khơi dậy, phát huy tính chủ
động, tích cực của cả người dạy và người học nhằm trau dồi tư duy sáng tạo và rèn
luyện trí thông minh trong quá trình chinh phục chân lí; là sự dạy và học mà trong
đó người dạy đóng vai trò là người tổ chức định hướng, tạo điều kiện và người học
là người thực hiện.

- 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
- Mô hình lí tưởng hay mô hình lí thuyết
1.4.4. Các giai đoạn của phương pháp mô hình
- Giai đoạn 1: Nghiên cứu những tính chất gốc của đối tượng.
- Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình.
- Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả lí thuyết.
- Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra.
1.4.5. Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí

8
Trong nghiên cứu vật lí, mô hình và phương pháp mô hình có chức năng
nhận thức, nó giúp ta phát hiện những đặc tính mới, hiện tượng mới, quy luật mới.
1.5. Một vài nét về phần mềm Matlab
1.5.1. Matlab và đặc điểm của Matlab
Matlab là sản phẩm của công ty phần mềm MathWorks của Hoa Kỳ, có thể
chạy được dưới nhiều hệ điều hành, trên nhiều loại máy tính, từ các máy vi tính
đến các siêu máy tính. Đây là phần mềm để giải các bài toán khoa học, kỹ thuật,
kinh tế và tài chính trên máy tính một cách dễ dàng và tiện lợi.
Khi sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab, ta có thể dễ dàng nhận thấy những
đặc điểm chính sau của ngôn ngữ lập trình này:
- Dễ xử lý các cấu trúc ma trận thực và phức, các xâu ký tự.
- Có thể xử lý các biểu thức toán và dễ dàng kết hợp với các tính toán số.
- Khả năng đồ hoạ mạnh và dễ dàng kết hợp với các tính toán số.
- Số lượng các hàm rất lớn,chúng luôn hoàn thiện, bổ sung và phát triển.
- Cho phép ghép nối với các hàm viết bằng ngôn ngữ C và Fortran.

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.
- Nêu được điều kiện để có cực đại giao thoa, cực tiểu giao thoa tại một
điểm.
- Viết được công thức tính khoảng vân.
- Nêu được hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất
sóng và nêu được tư tưởng cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng.

10
- Trình bày được nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ lăng kính và nêu
được tác dụng của từng bộ phận của máy quang phổ.
- Nêu được quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ hấp
thụ là gì, các đặc điểm chính và những ứng dụng chính của mỗi loại
quang phổ.
- Nêu được phép phân tích quang phổ là gì.
- Nêu được bản chất, cách phát, các đặc điểm và công dụng của tia hồng
ngoại, tia tử ngoại, tia X.
- Kể được tên của các vùng sóng điện từ kế tiếp nhau trong thang sóng
điện từ theo bước sóng.
2.3.2. Kĩ năng

- 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
phạm.
- 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
́
ng, tôi dạy theo đúng phân phối chương trình của Sở Giáo Dục
và Đào Tạo Hà Nam
Ơ lơ
́
p thực nghiệm, tôi dạy theo tiến trình đã soạn va
̀
ghi chép diê
̃
n biến toa
̀

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
0
2
3
7

22,8
2
X

X
i
n
1i
X
i
n
2i
22i
XX
0
0
-7,55
57,0025
0,0000
0
0
-8,22
67,5684
0,0000

4
2
-3,55
12,6025
25,2050
4
0
-4,22
17,8084
0,0000
5
3
-2,55
6,5025
19,5075
5
1
-3,22
10,3684
10,3684
6
7
-1,55
2,4025
16,8175
6
5
-2,22
4,9284
24,6420

10
4
2,45
6,0025
24,0100
10
8
1,78
3,1684
25,3472


44 112,91


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

16,42
Đối tượng
Tham số

14
Bảng 3.4. Phân phối tần suất (W
i
%) số học sinh đạt điểm X
i
Lớp
N
Số % học sinh đạt điểm X
i

0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ĐC
44

Lớp
N
Số % học sinh đạt điểm X
i
trở xuống
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
ĐC
44
0
0
0
0
4,55
11,36
27,27
45,45
65,91
90,91
100
TN

bình của lớp thực nghiệm là nhỏ.
- Đường tần số và tần suất lũy tích (hội tụ lùi) của lớp thực nghiệm nằm bên
phải và phía dưới của đường tần suất và tần suất lũy tích của lớp đối chứng. Điều
này chứng tỏ chất lượng nắm kiến thức và vận dụng kiến thức của lớp thực nghiệm
tốt hơn ởlớp đối chứng.
Tuy nhiên, để khẳng định rõ hơn kết quả học tập của học sinh lớp thực
nghiệm cao hơn lớp đối chứng có thực sự là do phương pháp dạy học mới đem lại
hay không? Chúng tôi áp dụng lý thuyết thống kê toán học để kiểm định kết quả
trên như sau:
Để khẳng định điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng
là do kết quả áp dụng phương pháp đổi mới, chúng tôi đã tiến hành so sánh hai giá

16
trị trung bình của bài kiểm tra trong hai lớp theo tiêu chuẩn Student [9]. Đại lượng
t dùng để so sánh hai giá trị điểm trung bình được tính theo công thức sau:
(3.8)
Với S được tính theo công thức sau :
   
   
49,1
24445
63,2.14481,1.145
2
11
22






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.

17

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

- Mở rộng số đối tượng thực nghiệm, ở những nơi khác nhau. Qua đó có những
điều chỉnh, nhận định chính xác hơn, bổ xung và điều chỉnh để đề tài hoàn thiện
hơn.
- Mở rộng việc soạn thảo và sử dụng các mô hình vật lý theo hướng đã nghiên
cứu ở các phần khác trong chương trình vật lí THPT đặc biệt là những phần liên
quan đến những hiện tượng, thí nghiệm khó thực hiện trong thực tế góp phần nâng
cao chất lượng dạy và học vật lí 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!