BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
--------------------
Diệp Như Quỳnh XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LÝ
TRÊN MÁY TÍNH NHẰM HỖ TRỢ HỌC SINH
TỰ LỰC VÀ SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC
CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG”
- VẬT LÝ 11 – NÂNG CAO
Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học Vật lý.
Mã số : 601410
LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. NGUYỄN MẠNH HÙNG THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH NĂM 2010
THƯ
VIỆN
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan những nội dung nghiên cứu được trình bày trong luận văn
này là hoàn toàn mang tính độc lập, trung thực và chưa từng được công bố trên bất
cứ công trình nào. Nếu có điều gì trái với lời cam đoan trên, tôi xin chịu hoàn toàn
trách nhiệm và mọi hình thức kỷ luật của hội đồng bảo vệ cũng như pháp luật Việt
Nam.
Người cam đoan Diệp Như Quỳnh
DANH MỤC CÁC BẢNG VÀ BIỂU ĐỒ Bảng 3.1: Thống kê điểm số X
i
của bài kiểm tra
Bảng 3.2: Bảng phân phối tần suất
Bảng 3.3: Phân phân phối tần suất lũy tích
Bảng 3.4: Các tham số đặc trưng thống kê của nhóm đối chứng và thực nghiệm
Biểu đồ 3.1: Phân bố điểm số X
i
của hai nhóm lớp ĐC và TN
Biểu đồ 3.2: Biểu đồ phân bố tần suất
Biểu đồ 3.3: Biểu đồ phân phối tần suất tích lũy
Lời cam đoan
Danh mục chữ viết tắt
Danh mục các bảng và biểu đồ
Mục lục
MỞ ĐẦU ------------------------------------------------------------------------------------- 01
Chương 1: MÔ HÌNH TRÊN MÁY TÍNH VÀ VAI TRÒ CỦA CHÚNG
TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ NHẰM PHÁT HUY TÍNH TỰ LỰC VÀ NÂNG
CAO NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH ---------------------------------- 06
1.1 Mục tiêu và định hướng đổi mới trong giáo dục hiện nay --------------------- 06
1.2 Cơ sở lý lu
ận của dạy học nhằm phát huy tính tự lực và rèn luyện
năng lực sáng tạo cho học sinh ---------------------------------------------------------- 08
1.2.1 Phát huy tính tự lực của học sinh trong học tập vật lý --------------------------- 08
1.2.2 Rèn luyện năng lực sáng tạo cho học sinh trong học tập vật lý ---------------- 11
1.3 Mô hình trong dạy học vật lý -------------------------------------------------------- 14
1.3.1 Khái niệm mô hình ------------------------------------------------------------------- 14
1.3.2 Tính chất của mô hình ---------------------------------------------------------------- 15
1.3.3 Phân loại mô hình --------------------------------------------------------------------- 16
1.3.4 Mô hình trong dạy học vật lý -------------------------------------------------------- 18
1.4 Máy vi tính trong dạy học vật lý ---------------------------------------------------- 20
1.4.1 Cơ sở khoa học của việc sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý ------------ 21
1.4.2 Sử dụng máy vi tính trong dạy học vật lý ----------------------------------------- 22
1.4.3 Giới thiệu sơ lược về Matlab và sự cần thiết của việc sử dụng Matlab
trong việc hỗ trợ xây dựng các mô hình vật lý trên máy tính ------------------------- 24
Kết luận chương 1 -------------------------------------------------------------------------- 27
Trang
Chương 2: XÂY DỰNG MỘT SỐ MÔ HÌNH VẬT LÝ HỖ TRỢ
DẠY HỌC CHƯƠNG “DÒNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƯỜNG” ------- 28
3.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm ----------------------------------------------- 94
3.4.1 Phương pháp chọn mẫu thực nghiệm ---------------------------------------------- 94
3.4.2 Phương pháp tiến hành và đánh giá kết quả thực nghiệm ---------------------- 95
3.5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm ------------------------------------------ 95
3.5.1 Đánh giá mức độ tự lực và sáng tạo của học sinh qua từng bài học
cụ thể ------------------------------------------------------------------------------------------ 95
3.5.2 Đánh giá kết quả học tập c
ủa học sinh thông qua bài
kiểm tra cuối chương ---------------------------------------------------------------------- 102
3.5.3 Đánh giá mức độ hiệu quả của việc sử dụng các mô hình thông qua
kết quả điều tra học sinh sau khi học xong chương
“Dòng điện trong các môi trường” ----------------------------------------------------- 107
Kết luận chương 3 ------------------------------------------------------------------------ 115
KẾT LUẬN -------------------------------------------------------------------------------- 117
TÀI LIỆU THAM KHẢO ---------------------------------------------------------------- 120
PHỤ LỤC 1
MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Đất nước ta đang trong thời kì hội nhập và phát triển kinh tế, mà việc gia nhập
tổ chức WTO (2006) là một trong những điểm mốc quan trọng. Sự nghiệp công nghiệp
hóa - hiện đại hoá đất nước đã và đang đặt ra cho nền giáo dục nước nhà những thách
thức mới, đòi hỏi giáo dục phải tiến hành công cuộc đổi mới một cách mạnh mẽ, sâu
sắc, toàn diện về mục tiêu, chương trình, sách giáo khoa
và phương pháp dạy học nhằm
hướng đến việc đào tạo nên một đội ngũ những người lao động, những cán bộ có trình
độ kĩ thuật cao, có năng lực tư duy sáng tạo và giải quyết vấn đề. Trong đó, coi đổi mới
ra có nhiều ưu thế, mang lại nhiều hiệu quả tích cực cho quá trình dạy học, chỉ thị
29/2001/CT – BGD&ĐT của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo đã khẳng định điều
đó: “Công nghệ thông tin có tác động mạnh mẽ, làm thay đổi nội dung, phương pháp,
phương thức dạy và học”. Song, hiện nay, việc khai thác các ứng dụng của CNTT
trong dạy học còn khá hạn chế. Đa số giáo viên (GV) vẫn chỉ dừng lại ở việc sử dụng
MVT để soạn giáo á
n điện tử hay thiết kế bài giảng điện tử trên nền Microsoft Power
Point, đó mới chỉ là khai thác chức năng nghe nhìn của MVT. Các luận văn thạc sĩ giáo
dục học trong nước gần đây cũng có nghiên cứu về lĩnh vực ứng dụng CNTT trong dạy
học, nhưng đa số đều hướng đến việc thiết kế website hỗ trợ dạy học, thiết kế một số tư
liệu thí nghiệm ảo hỗ trợ dạy học hay xây dựng các chương trình hỗ trợ kiểm tra, đánh
giá…m
à ít chú trọng đến khả năng xây dựng các mô hình vật lý của MVT. Hiện nay,
có nhiều mô hình vật lý được thiết kế (ta có thể tìm thấy trên internet), nhưng các mô
hình đó được thiết kế một cách riêng lẻ, rời rạc, chưa thể hiện đư
ợc ý đồ và mục đích
sử dụng của bản thân tôi cũng như chưa thật sự phù hợp với chương trình, sách giáo
khoa của chúng ta.
Trong chương trình vật lý trung học phổ thông (THPT), có rất nhiều kiến thức
mà khi có các mô hình thích hợp thì học sinh sẽ tự lực và sáng tạo trong khi học chúng,
điển hình là chương “Dòng điện trong các môi trường”. Điều đó cho thấy việc nghiê
n
cứu khả năng xây dựng mô hình của MVT và ứng dụng trong dạy học nhằm làm cho
học sinh tự lực, sáng tạo là một trong những vấn đề rất cần thiết, góp phần vào công
cuộc đổi mới của nền giáo dục nước nhà.
3
Với những lý do nê
4
- Nghiên cứu nội dung chương trình SG
K 11 – nâng cao, chương “Dòng điện trong các
môi trường”.
- Xây dựng các tiến trình dạy học nhằm mục đích làm cho học sinh tự lực và sáng tạo
với sự hỗ trợ của các mô hình.
- Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT nhằm xác định mức độ phù hợp,
đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các mô hình đã xây dựng, từ đó rút kinh nghiệm
để hoàn thiện chúng.
5. PHƯƠNG P
HÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu lí luận:
- Các văn kiện, nghị quyết, luật giáo dục.
- Các tạp chí giáo dục có liên quan đến mô hình trong dạy học vật lý, sử dụng máy vi
tính trong dạy học Vật Lý.
- Tư liệu về cơ sở lý luận của dạy học vật lý.
- Tư liệu về nội dung, con đường hình thành kiến thức, mục đích, yêu cầu giảng dạy
chương “ Dòng điện trong các m
ôi trường”_ Vật lý 11 nâng cao.
- Sách giáo khoa lớp 11 chương “Dòng điện trong các môi trường”.
- Tài liệu hướng dẫn lập trình trên Mathlab, và một số chương trình khác.
- Tài liệu chuyên sâu về cơ chế phát sinh hạt mang điện và bản chất dòng điện trong
các môi trường.
Quan sát, điều tra về thực trạng dạy học chương “ Dòng điện trong các môi
trường” ở các trường THPT thuộc tỉnh Ninh Thuận.
Thực nghiệm sư phạm.
Thống kê toán học để xử lý
6
CHƯƠNG 1
MÔ HÌNH TRÊN MÁY TÍNH VÀ VAI TRÒ CỦA
CHÚNG TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ NHẰM
PHÁT HUY TÍNH TỰ LỰC VÀ NÂNG CAO
NĂNG LỰC SÁNG TẠO CHO HỌC SINH
1.1 Mục tiêu và định hướng đổi mới trong giáo dục hiện nay[2][6][33]
Chúng ta đang sống trong thế kỷ XXI, thế kỷ của trí tuệ sáng tạo. Đất nước ta
đang bước vào thời kỳ Công nghiệp hóa – Hiện đại hóa. Viễn cảnh tương lai tươi đẹp
nhưng cũng ẩn chứa nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục – Đào tạo phải thực hiện
một cuộc cách mạng trong giáo dục, phải đổi mới mạnh mẽ, vươn tới ngang tầm với sự
phát triển chung của khu vực và thế giới. Bởi lẽ sự nghiệp Giá
o dục – Đào tạo là nhân
tố góp phần quyết định vào việc bồi dưỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho thế
hệ trẻ - mầm sống tương lai của đất nước.
Tuy nhiên, trong mấy thập kỷ vừa qua, mặc dù giáo dục đã có những bước
chuyển biến tích cực hướng trung tâm của quá trình dạy học v
ào “người học”, nhưng
kiểu dạy học như hiện nay vẫn bộc lộ một nhược điểm cơ bản là vẫn mang nặng tính
chất “độc thoại, thông báo, giảng giải áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước” của sự
- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi của HS
- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trường
- Phù hợp với việc đổi mới kiểm tr
a, đánh giá kết quả dạy-học
- Kết hợp giữa việc tiếp thu và sử dụng có chọn lọc, có hiệu quả các PPDH tiên tiến,
hiện đại với việc khai thác những yếu tố tích cực của các PPDH truyền thống.
- Tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học và đặc biệt lưu ý đến
những ứng dụng của công nghệ thông tin.
Hiện nay, t
rên thế giới và ở nước ta đã và đang có rất nhiều quan điểm, mô hình
dạy học hiện đại như dạy học theo tình huống, dạy học theo lý thuyết kiến tạo, dạy học
dự án (PBL), dạy học điều tra (
IBL),… Song, cơ sở lý luận của các quan điểm, mô
hình dạy học này còn khá mới mẻ và đang được xây dựng hoàn thiện, do đó hiệu quả
và mức độ phù hợp của các quan điểm, mô hình dạy học này đối với hoàn cảnh, điều
8
kiện giá
o dục ở nước ta có tốt hay không còn phải chờ một thời gian nữa mới có thể
đánh giá được. Trong lúc đó, bản thân các PPDH truyền thống (thuyết trình, đàm
thoại…) tuy có những mặt hạn chế nhất định nhưng nếu khai thác được những yếu tố
tích cực của các phương pháp này đồng thời phối hợp nhuần nhuyễn các phương pháp
thì sẽ đem lại hiệu quả giáo dục cao. Hơn nữa, bản thân các PPDH truyền thống này đã
có được một nền tảng cơ sở lý luận đầy đủ, vững chắc. Ngoài ra, với sự phát t
riển của
khoa học – kỹ thuật và công nghệ thông tin như hiện nay thì việc lựa chọn, chế tạo các
phương tiện dạy học bổ trợ thích hợp là hoàn toàn có thể thực hiện được, đó cũng là
một trong những yếu tố quyết định tính hiệu quả và sự thành công của PPDH.
phát triển tiềm năng sáng tạo của bản thâ
n.
Trong hoạt động học, tự lực là nền tảng cơ sở cho tư duy độc lập, mà có tư duy độc lập
mới có thể sáng tạo được. Do đó, việc bồi dưỡng và phát huy vai trò tự lực của HS
trong học tập nói chung, học tập vật lý nói riêng là rất cần thiết.
Thật vậy, trong nhà trường, quá trình học sinh nắm vững kiến thức không phải
là tự phát mà là một quá trình có mục đích rõ ràng, có kế hoạch, có tổ chức chặt chẽ, là
một quá trình nỗ lực tư duy, trong đó H
S phát huy tính tích cực, tính tự giác của mình
dưới sự chỉ đạo của GV. Trong quá trình ấy, mức độ tự lực của HS càng cao thì kiến
thức nắm được càng sâu sắc, tư duy độc lập sáng tạo càng được phát triển, năng lực
nhận thức càng được nâng cao, kết quả học tập càng tốt, đặc biệt là trong hoàn cảnh
khoa học và kinh tế đang phát triển mạnh mẽ như hiện nay. Tâm lý học và lý luận dạy
học hiện đại cũng đã khẳng định điều đó: “cách tốt nhất để nắm vững được những tri
thức, kỹ năng, kinh nghiệm là người học tái tạo ra chúng thông qua hoạt động tự lực
của bản thân”, mà con đường hiệu quả nhất để làm
cho HS nắm vững được kiến thức
là phát triển năng lực sáng tạo (NLST), là phải đưa HS vào vị trí của chủ thể nhận thức.
Để làm được điều đó thì GV phải là người định hướng, người tạo ra điều kiện tốt nhất
để HS tự lực chiếm lĩnh kiến thức, bởi vì “trẻ em không thể tự mình trực tiếp lĩnh hội
kinh nghiệm xã hội – lịch sử. Để làm được điều này, t
rẻ em phải gián tiếp thông qua
người lớn, thông qua hoạt động hợp tác giữa trẻ em và người lớn” – theo
L.X.Vưgotxki
Vậy thì tính tự lực của HS trong học tập nói chung, trong học tập Vật lý nói
riêng có những biểu hiện như thế nào? Và GV phải làm sao để có thể phát huy tính tự
lực của HS trong học tập Vật lý?
Sự lựa chọn các phương pháp và thủ thuật giảng dạy trên lớp phụ thuộc vào
nhiều điều kiện khác nhau: nội dung của tài liệu học tập, trình độ kiến thức của các HS
trong lớp, phương tiện hỗ trợ dạy học, số lượng thời gian m
à GV dành để giảng vấn đề
đặt ra,… Do đó, cần thiết phải phân tích kỹ lưỡng các điều kiện để lựa chọn những
11
phương pháp tốt nhất – là phương pháp mà trong đó H
S được rèn luyện nhiều nhất các
giác quan và bộ óc của mình trong việc phát hiện những mối liên hệ và các quy luật
của vật lý.
Ngoài ra, để tạo cơ sở cho việc phát huy tính tự lực của HS trong giờ học vật lý,
người GV còn cần phải rèn luyện cho HS cách sử dụng SGK và các tài liệu học tập
cũng như dạy cho họ cách để xây dựng các câu trả lời (phát triển năng lực ngôn ngữ
cho HS).
1.2.
2 Nâng cao năng lực sáng tạo cho học sinh trong học tập vật lý[2][12][15][33]
1.2.2.1 Sáng tạo và năng lực sáng tạo
Theo tác giả Nguyễn Mạnh Hùng, sáng tạo là “hoạt động mà hoạt động của nó
là một sản phẩm tinh thần hay vật chất có tính cách tân, có ý nghĩa xã hội, có giá trị”.
Cụ thể, sáng tạo là hoạt động tạo ra những cái mới chưa từng có trong tự nhiên hay
trong xã hội. Những cái mới này phải m
ang lại lợi ích và hiệu quả cho con người.
Trong dạy học, người ta phân biệt hai cấp độ sáng tạo là sáng tạo cái mới chỉ đối với
bản thân và sáng tạo cái mới đối với nhân loại, còn trong quá trình học tập vật lý của
HS, sáng tạo chủ yếu thể hiện ở cấp độ thứ nhất, dưới nhiều hình thức như: sáng tạo
xây dựng kiến thức vật lý (khái niệm, định l
- Biết điều chỉnh các phương án giải quyết vấn đề một cách nhanh chóng và phù hợp
với điều kiện thực tiễn.
- Tự chủ, tin tưởng vào khả năng giải quyết các vấn đề của bản thân. Không nản chí
trước một vấn đề khó
mà tìm đủ mọi cách để đưa ra một phương án tốt nhất.
1.2.2.2 Mức độ và các biện pháp nhằm nâng cao NLST cho HS trong dạy học vật lý
a) Các mức độ nâng cao NLST cho HS
Có 3 mức độ cơ bản để nâng cao NLST cho HS, đó là:
Mức độ 1: vận dụng cái đã biết, đã làm vào các tình huống tương tự.
Mức độ 2: vận dụng cái đã biết vào tình huống có một số yếu tố mới.
Mức độ 3: đề xuất vấn đề khác hẳn cái đã biết, đã làm.
Trong đó mức độ 1 là thấp nhất, yêu cầu tối thiểu phải rèn luyện cho HS để tạo
điều kiện sáng tạo, còn mức độ 3 là cao nhất của sự sáng tạo đối với HS. Tùy theo điều
13
kiện cụ thể và đối tượng H
S mà giáo viên có thể lựa chọn các phương pháp thích hợp
để rèn luyện NLST cho HS đạt yêu cầu của các mức độ trên.
b) Các biện pháp rèn luyện NLST cho HS trong dạy học Vật lý
- Tổ chức hoạt động sáng tạo gắn liền với quá trình xây dựng kiến thức mới bằng cách
tổ chức quá trình nhận thức vật lý theo chu trình sáng tạo.
- Luyện tập phán đoán (dự đoán, phỏng đoán), xây dựng giả thuyết. Trong giai đoạn
đầu của nhận thức vật lý, HS có thể có các cách dự đoán sau:
Dựa và
o liên tưởng tới một kinh nghiệm đã có,
Dựa trên sự tương tự,
và sử dụng các mô hình trong dạy học vật lý với sự hỗ trợ của m
áy vi tính.
1.3 Mô hình trong dạy học vật lý[26][27][28][29][34]
1.3.1 Khái niệm mô hình
Khái niệm mô hình được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thường ngày với
những ý nghĩa rất khác nhau. Trong cuộc sống cũng như trong học tập, HS thường gặp
các khái niệm mô hình như: mô hình tế bào, mô hình máy phát điện, mô hình cấu tạo
nguyên tử, mô hình liên kết hóa học, mô hình “trường học thân thiện, HS tích cực”…
Trong Vật lý học, mô hình được định nghĩa như sau:
Theo V.A.Stopho: “Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực
hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng
nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp c
ho ta những
thông tin mới về đối tượng”.
Hay theo tác giả Lê Thị Thanh Thảo: “Mô hình là những hệ thống tín hiệu gồm những
hình vẽ, những giản đồ, những đồ thị, những ký hiệu toán học hay đơn giản là những
mệnh đề từ ngữ, những hệ thống này có khả năng biểu diễn tình huống”.
Tuy nhiên, mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng vật chất. Cùng
một đối tượng vật chất có thể có nhiều mô hình khác nhau. Tóm lại, mô hình không
đồng nhất với đối tượng mà nó phản ánh.
Trong khuôn khổ đề tài này, chúng tôi có đề cập đến khái niệm “mô hình vật lý
trên máy tính”. Đó là những m
ô hình lý thuyết được mô phỏng lại với sự trợ giúp của
máy vi tính và các phần mềm tin học hỗ trợ. Việc xây dựng các mô hình này được tiến
hành dựa trên cơ sở đã biết cách giải thích cơ chế bên trong của các hiện tượng, chúng
Thông thường, khi mà việc nghiên cứu, quan sát trên đối tượng thật gặp nhiều
khó khăn thì ta cần phải sử dụng đến mô hình. Bởi lẽ khi xây dựng mô hình ta đã tiến
16
hành “
vật chất hóa” những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được.
Chẳng hạn như mô hình cấu trúc mạng tinh thể của kim loại Cu được biểu diễn bằng
hình vẽ ô mạng tinh thể khối lập phương có các chấm tròn chuyển động hỗn loạn bên
trong.
1.3.2.4 Tính quy luật riêng
Khi xây dựng mô hình, người ta dùng một hệ thống để mô tả một số đặc tính
của vật gốc mà n
gười ta chưa biết đầy đủ. Hệ thống đó tuân theo những quy luật mà ta
đã biết rõ, gọi là những quy luật riêng của mô hình.
1.3.2.5 Tính lý tưởng
Mô hình xuất phát từ thực tiễn, phản ánh thực tiễn. Thực tiễn thì luôn luôn bị chi
phối bởi vô số “nhiễu” của môi trường xung quanh. Do đó, khi xây dựng mô hình, ta
cần phải loại bỏ tất cả những ảnh hưởng của nhiễu trong nhận t
hức. Điều đó ít nhiều
tạo ra tính chất “lý tưởng” của mô hình.
Tính chất lý tưởng của mô hình càng cao thì mô hình càng khái quát, càng giúp
ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao trùm được một số càng
lớn hiện tượng.
1.3.3 Phân loại mô hình
Mô hình có rất nhiều loại và việc phân loại mô hình cũng có nhiều cách, dựa
ờng cong biểu diễn,…) ngôn ngữ toán học (các ký
hiệu toán học).
Ví dụ: Mô hình đường đặc tuyến Volt – Ampere là mô hình tượng trưng được
biểu diễn bằng ngôn ngữ hình ảnh, cho ta biết mối quan hệ giữa cường độ và hiệu điện
thế một mạch điện nào đó. Hay phương trình sóng Schrodinger được biểu diễn bằng
ngôn ngữ toán học...
1.3.3.4 Mô hình tương tự
Dựa trên cơ sở phép tương tự tr
ong Vật lý, người ta có thể xây dựng các mô
hình trong lĩnh vực khác từ mô hình đã có trong lĩnh vực nào đó.
Ví dụ: mô hình sóng cơ là cơ sở để xây dựng mô hình quang học song.
Copyright: Tài liệu đại học ©