ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
TRẦN THỊ THANH VÂN
SỬ DỤNG MỘT SỐ MÔ HÌNH DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
ĐƢỢC XÂY DỰNG BẰNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATLAB
ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ
VẬT LÝ LỚP 12 BAN NÂNG CAO
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ
Chuyên ngành: Lý luận và phƣơng pháp dạy học
(Bộ môn Vật lý) HÀ NỘI - 2011
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU . Error! Bookmark not defined.
1. Lì do chọn đề tài
2. Mục đìch nghiên cứu
3. Đối tƣợng nghiên cứu
4. Giả thuyết khoa học
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
6. Phạm vi nghiên cứu
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
8. Đóng góp của đề tài
9. Cấu trúc luận văn
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
1.2. Dạy học tìch cực
1.2.1. Tính tích cực của học sinh trong dạy học Vật lý
1.2.2. Phương pháp dạy học tích cực

DAO ĐỘNG VÀ SÓNG ĐIỆN TỪ .
3.1. Đặc điểm, cấu trúc, nội dung chƣơng “dao động và sóng điện từ” vật lì 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”
3.1.3. Mục tiêu về kiến thức và kĩ năng học sinh cần đạt khi học chương “Dao
động và sóng điện từ”
3.2.1. Mạch dao động
3.2.2. Chu kỳ và tần số dao động riêng của mạch LC
3.2.3. Mạch chọn sóng LC
3.2.4. Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian
3.3. Thực nghiệm sƣ phạm
3.3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm:
3.3.2. Lựa chọn đối tượng thực nghiệm
3.3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
3.3.4. Thời điểm thực nghiệm 15/10/2010 đến 17/11/2010 .
3.3.5. Diễn biến thực nghiệm sư phạm
3.3.6. Đánh giá kết quả thực nghiệm
TÀI LIỆU THAM KHẢO .

1
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 ngƣời. Hoạt động dạy học cùng với những hoạt động khác của xã hội
đƣợc 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 tƣ duy của ngƣời dạy và ngƣời học

Xuất phát từ các vấn đề trên, tác giả chọn đề tài: “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” làm đề tài
nghiên cứu luận văn của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
Sử dụng mô hình biểu diễn quá trình dao động và sóng đƣợc xây dựng
bằng ngôn ngữ lập trình Matlab trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh hình
thành tƣ duy logic, giải quyết vấn đề.
Kết hợp với các phƣơng pháp dạy học tích cực để quá trình dạy học đạt
hiệu qủa cao.
Rèn luyện tƣ 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 đƣợc 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 tƣợng và mối quan hệ giữa các đại lƣợng trong phần dao động và
sóng điện từ và các mô hình này kết hợp với phƣơng 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

3
tạo hơn. Việc mô hình hóa trên góp phần đẩy mạnh quá trình đổi mới phƣơng
pháp giảng dạy bộ môn Vật lý ở trƣờng phổ thông.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu cơ sở lý luận của phƣơng pháp mô hình hóa, trong đó tập
trung vào các mô hình lý tƣởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận
động của đối tƣợng vật lý.


- Phƣơng pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Nghiên cứu quá trình dạy học trong trƣờng THPT nói chung và trƣờng
THPT Cổ Loa, Đông Anh Hà Nội nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy,
dự giờ, thảo luận với các đồng nghiệp và đánh giá kết quả học tập của học sinh.
Trên cơ sở kết quả thu đƣợc tiến hành đánh giá tình hình dạy, học phần dao động
và sóng điện từ của học sinh phổ thông.
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 trƣờng THPT
8. Đóng góp của đề tài
Góp phần làm sáng tỏ vai trò phƣơng pháp mô hình hóa bằng phần mềm
máy tính trong dạy học Vật lý trong trƣờng 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.
Kết hợp đƣợc phƣơng pháp mô hình với phƣơng 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
đƣợc chia thành 3 chƣơng sau:
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài.
Chƣơng 2: Tổng quan về Matlab và các ứng dụng

5
Chƣơng 3: Sử dụng một số mô hình Matlab trong dạy học phần dao động
và sóng điện từ

6
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

có sự điều khiển hoạt động nhận thức học tập của giáo viên cùng với thí nghiệm
vật lý và ứng dụng thực tế.
Hoạt động tích cực nhận thức của học sinh đƣợc xuất hiện trong các khâu
của quá trình dạy học vật lý. Giáo viên phát triển các hoạt động này thông qua
các hình thức tổ chức hoạt động học tập khác nhau( bài giảng, trò chuyện,
xêmina . . .). Trong điều kiện hiện đại, một trong các phƣơng pháp phát triển
tính tích cực nhận thức của học sinh là áp dụng phƣơng pháp dạy học có ứng
dụng CNTT&TT .
1.2.2. Phương pháp dạy học tích cực
Phƣơng pháp dạy học tích cực là một thuật ngữ rút gọn, đƣợc dùng ở
nhiều nƣớc, để chỉ những phƣơng pháp giáo dục - dạy học theo hƣớng phát huy
tính tích cực, chủ động sáng tạo của ngƣời học. “Tích cực” trong phƣơng pháp
tích cực đƣợc dùng với nghĩa là hoạt động, chủ động trái với nghĩa là không hoạt
động, thụ động chứ không dùng trái nghĩa với tiêu cực, thuật ngữ rút gọn
“phƣơng pháp tích cực” hàm chứa cả phƣơng pháp dạy và phƣơng pháp học.
1.2.3. Một số kĩ thuật dạy học tích cực cần được sử dụng để nâng cao chất
lượng dạy học
1.2.4.1.Kĩ thuật dạy học các mảnh ghép
Là kĩ thuật tổ chức hoạt động học tập hợp tác kết hợp giữa cá nhân, nhóm và
liên kết giữa các nhóm
Kĩ thuật này đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau: 8 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.
Kĩ thuật này đƣợc sơ đồ hóa nhƣ sau :

9
Là một phƣơng pháp tổ chức hoạt động học tập theo đó học sinh thực hiện
các nhiệm vụ khác nhau tại các vị trí cụ thể trong khoảng không gian lớp học
đảm bảo cho HS học sâu và học thoải mái.
1.2.4.4. Kĩ thuật dạy học theo sơ đồ KWL
Là kĩ thuật dạy học nhằm tạo điều kiện cho ngƣời học nêu đƣợc những
điều đã biết liên quan đến chủ đề, những điều muốn biết về chủ đề trƣớc khi
học và những điều đã học đƣợc sau khi học.
Dựa trên sơ đồ KWL, ngƣời học tự đánh giá đƣợc sự quả tiến bộ của mình
trong việc học, đồng thời GV biết đƣợc kết quả học tập của ngƣời học, từ đó
điều chỉnh việc dạy học cho học sinh (K(known-Điều đã biết) W (what-
Điều muốn biết) L(learn- Điều học đƣợc)).
1.2.4.5. Kĩ thuật dạy học theo bản đồ tư duy
Bản đồ tƣ duy (BĐTD) là hình thức ghi chép sử dụng màu sắc, hình ảnh
để mở rộng và đào sâu các ý tƣởng. BĐTD một công cụ tổ chức tƣ duy nền tảng,
có thể miêu tả nó là một kĩ thuật hình họa với sự kết hợp giữa từ ngữ, hình ảnh,
đƣờng nét, màu sắc phù hợp với cấu trúc, hoạt động và chức năng của bộ não,
giúp con ngƣời khai thác tiềm năng vô tận của bộ não. BĐTD là công cụ đồ họa
nối các hình ảnh có liên hệ với nhau vì vậy có thể vận dụng BĐTD vào hỗ trợ
dạy học kiến thức mới, củng cố kiến thức sau mỗi tiết học, ôn tập hệ thống hóa
kiến thức sau mỗi chƣơng, và giúp cán bộ quản lí giáo dục lập kế hoạch công
tác.
1.3. Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lý
1.3.1.Giáo dục và công nghệ
1.3.2. Vai trò của CNTT&TT trong giảng dạy nói chung và trong giảng dạy
vật lý
Đối với ngành vật lý, việc ứng dụng CNTT&TT trong giảng dạy vật lý sẽ tạo
ra một bƣớc chuyển cơ bản trong quá trình đổi mới nội dung, phƣơng pháp dạy
học cụ thể.



11
một cách sâu sắc, hay nhƣ kết thúc chƣơng, sử dụng lƣợc đồ tƣ duy sẽ giúp học
sinh hệ thống đƣợc toàn bộ chƣơng và những khái niệm cần nắm vững.
1.4.2 Các bước kết hợp hiệu quả giữa phương pháp dạy học tích cực với phần
mềm Matlab trong giảng dạy chương “Dao động và sóng điện từ ”
Quá trình tiến hành thiết kế bài giảng có sử dụng phần mềm Matlab phải
đƣợc tiến hành theo các bƣớc nhƣ:
- Xác định mục tiêu của bài học.
- Xác định kiến thức cơ bản và trọng tâm mà HS cần đạt đƣợc trong bài
học.
- Xác định vốn kiến thức, kỹ năng và trình độ tƣ duy của HS.
- Khả năng ứng dụng CNTT của GV và HS. Xác định tình hình cơ sở vật
chất của trƣờng sở tại.
- Mục đích sƣ phạm cần đạt đƣợc sau khi kết thúc bài học.
- Phƣơng pháp dạy học tích cực sẽ sử dụng.

12
CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH MATLAB VÀ ỨNG
DỤNG
2.1 Tổng quan về mô hình
2.1.1 Định nghĩa mô hình
2.1.2 Chức năng của mô hình trong Vật lý học
2.1.3 Các loại mô hình Vật lý
Mô hình Vật lý thông thƣờng đƣợc chia làm hai loại có chức năng khác
nhau: mô hình vật chất và mô hình lý thuyết.
2.1.4 Phương pháp mô hình trong nghiên cứu vật lý và các giai đoạn của của
nó.
Phƣơng pháp mô hình trong vật nghiên cứu Vật lý có các giai đoạn nhƣ
sau:

dạy
Việc xây dựng các mô hình vật lý học phù hợp với công tác giảng dạy tại
trƣờng Trung học phổ thông phải dựa trên nhiều tiêu chí. Tiêu chí đầu tiên phải
kể đến đó là tính khả thi. Các đối tƣợng, khái niệm, quy luật vận động của thực
thể vật lý rất phong phú, hình thức thể hiện đa dạng và nhìn chung là có độ khó
khác nhau. Việc xây dựng các mô hình vật lý đòi hỏi đầu tƣ nhiều trí tuệ, thời
gian và công sức, không phải giáo viên nào cũng có thể đáp ứng tiêu chí này.
Tiêu chí tiếp theo phải xét đến đó là mô hình vật lý học đƣợc xây dựng có phù
hợp với giảng dạy hay không. Để đảm bảo yêu cầu này, ngƣời xây dựng mô hình
phải dựa vào cơ sở lý luận về phƣơng 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 nhƣ sau:
 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

14
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


15
với I
o
= Q
o

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].
1
2
3
4

1
2
3
4
5
6
t

1.

10
8

5.

10
7
5.

10
7
1.

10
8
hieu dien the hai dau cuon day

Hình 3.4c

Hình 3.5. Sơ đồ biểu diễn đồng thời đồ thị I và q

2
2
o
2

(3.6)
Năng lƣợng từ trƣờng trên cuộn dây:
W
L
=
)t(sin.
C2
Q
)t(sin.
2
Q.L
Li
2
2
o
2
2
o
2
2



(3.7)
Năng lƣợng điện từ

trên mạch càng lớn thì dao động càng nhanh tắt. Hình 3.6 mạch dao động có điện
trở R
Sử dụng phần mềm Matlab mô phỏng quá trình dao động điện tắt dần .
Chạy chƣơng trình ta thu đƣợc kết quả trên hình 3.7 Hình 3.7. Sơ đồ mạch dao động tắt dần

18
Muốn mạch dao động không bị tắt dần thì ta phải bù năng lƣợng cho
mạch, phần năng lƣợng bù phải đủng và đủ phần năng lƣợng 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 cƣờng độ
điện trƣờng
E
, véc tơ từ trƣờng
B
luôn vuông góc với nhau và vuông góc với
phƣơng truyền sóng[4]
- Trong chân không sóng điện từ truyền đi với vận tốc ánh sáng và với bƣớc
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 chƣơng trình mô phỏng ta thu đƣợc kết quả nhƣ trên hình 3.14: Hình 3.14: Sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian


20
học sinh trả lời vào phiếu, tổ chức thảo luận trong từng nhóm học sinh. Cuối
cùng chúng tôi tổ chức thảo luận với cả lớp.
Quá trình thảo luận, giáo viên thu lại phiếu; kiểm tra sơ bộ các câu trả lời
của học sinh; sơ bộ đánh giá các nội dung học sinh chƣa nắm vững; tiến hành đặt
các câu hỏi thảo luận hƣớng vào các nội dung đó. Cuối buổi học, giáo viên hệ
thống hoá nội dung kiến thức của toàn bộ bài học.
Cuối đợt thực nghiệm sƣ phạm chúng tôi đã cho học sinh làm một bài kiểm
tra 45 phút để sơ bộ đánh giá kết quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo và đánh
giá sự tiến bộ của học sinh trong việc nâng cao chất lƣợng nắm vững kiến thức,
rèn luyện óc sáng tạo của học sinh.
Ngoài ra, để nắm đƣợc ý kiến của học sinh về phƣơng pháp học tập mới
này, chúng tôi tổ chức điều tra để đánh giá về hứng thú của học sinh trong khi
học bằng phƣơng pháp tự học, tự nghiên cứu để chiếm lĩnh tri thức.
3.3.4. Thời điểm thực nghiệm 5/10/2010 đến 25/10/2010
3.3.5. Diễn biến thực nghiệm sư phạm
- Tại lớp đối chứng
Dạy học theo phƣơng pháp thông thƣờng, không có sự hỗ trợ phần mềm
Matlab và phƣơng pháp dạy học tích cực.

- Tại lớp thực nghiệm
Để chuẩn bị cho tiến trình thực nghiệm sƣ phạm diễn ra trong chƣơng
“Dao động và sóng điện từ” Vật Lý 12 nâng cao, chúng tôi yêu cầu học sinh ôn
tập lại chƣơng “Dao động điều hoà”
Ở bài học “Dao động điện từ”, đầu tiên giáo viên hƣớng 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

Tổng điểm
10
18
180
9
90
9
12
108
13
117
8
8
64
10
80
7
7
49
8
56
6
4
24
7
42