ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM
TRẦN THỊ NHÀN
GIẢNG DẠY PHẦN CƠ HỌC CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG
CHUYÊN VẬT LÝ VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM TOÁN
MATHEMATICA LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ
HÀ NỘI - 2008 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
KHOA SƯ PHẠM
1. Lí do chọn đề tài 1
2. Mục đích nghiên cứu 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2
4. Đối tƣợng nghiên cứu 3
5. Giả thuyết khoa học 3
6. Phƣơng pháp nghiên cứu 3
7. Cấu trúc luận văn 4
Chƣơng 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM TOÁN
MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC TẠI CÁC TRƢỜNG TRUNG HỌC
PHỔ THÔNG CHUYÊN 5
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học 5
1.2 Vận dụng phƣơng pháp dạy học tích cực trong dạy học vật lý-phƣơng
pháp giải quyết vấn đề 13
1.3 Con đƣờng hình thành khái niệm, định luật Vật lý 17
1.4 Đổi mới phƣơng pháp dạy học theo quan niệm công nghệ thông tin và
truyền thông 23
1.5 Phƣơng pháp mô hình trong dạy học Vật lý 27
1.6 Ý đồ sƣ phạm của việc giảng dạy phần cơ học cho học sinh trung học
phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của phần mềm toán Mathematica 32
Chƣơng 2: GIỚI THIỆU VỀ PHẦN MỀM TOÁN MATHEMATICA 35
2.1 Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính 35
2.2 Mathematica là ngôn ngữ lập trình 37
2.3 Mathematica là hệ thống biểu diễn các kiến thức toán học 38
2.4 Mathematica là môi trƣờng tính toán 39
2.5 Mathematica là công cụ trong môi trƣờng tính toán chuẩn 39 2.6 Các toán tử của Mathematica 39
2.7 Mathematica trong các tính toán 41
2.8 Biến đổi các biểu thức lƣợng giác 43
MTDH
:
Mục tiêu dạy học
MTĐT
:
Máy tính điện tử
PMDH
:
Phần mềm dạy học
PPDH
:
Phƣơng pháp dạy học
PPDHTC
:
Phƣơng pháp dạy học tích cực
TBDH
:
ThiÕt bÞ d¹y häc
1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Trong những năm gần đây tin học phát triển rất mạnh mẽ đã tạo nên
cuộc cách mạng trong mọi hoạt động kinh tế, chính trị, xã hội… Xác định
rõ tầm quan trọng của tin học, ngày 17-10-2000, Bộ chính trị đã ra chỉ thị
58-CT/TW về đẩy mạnh và phát triển công nghệ thông tin phục vụ sự
nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nƣớc.
thể thiết kế bài giảng một cách trực giác mà không yêu cầu phải hiểu biết
nhiều về tin học.
Xuất phát từ các vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài: “Giảng dạy phần
cơ học cho học sinh trung học phổ thông chuyên vật lý với sự hỗ trợ của
phần mềm Toán Mathematica” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình.
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng những quan điểm lý luận hiện đại về việc tổ chức hoạt động
nhận thức của học sinh trong việc mô phỏng một vài hiện tƣợng cơ học, tính
toán số…theo hƣớng phát triển kĩ năng tƣ duy, năng lực sáng tạo cho học
sinh trung học phổ thông chuyên vật lý thông qua quá trình dạy học giải
quyết vấn đề.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu lí luận về việc tổ chức quá trình dạy học vật lý nói
chung và quá trình dạy học phần cơ học nói riêng theo hƣớng rèn luyện và
phát triển kỹ năng tƣ duy, năng lực sáng tạo với sự hỗ trợ của phần mềm
toán Mathematic.
- Tìm hiểu vấn đề ứng dụng của máy tính vào dạy học tại các trƣờng
trung học phổ thông nói chung và trung học phổ thông chuyên vật lý nói
riêng. 3
- Nghiên cứu cơ sở lý luận việc ứng dụng phần mềm Toán
Mathematica thiết kế bài giảng.
- Mô phỏng các mô hình vật lý phần cơ học với sự hỗ trợ của phần
mềm Toán Mathematica theo tiến trình dạy học đã soạn.
- Dự kiến khả năng sử dụng phần mềm Toán Mathematica trong dạy
học phần cơ học đối với phổ thông chuyên nói chung và phổ thông chuyên
vật lý nói riêng.
-Đề xuất việc xây dựng các mô hình, mô phỏng một vài hiện tƣợng cơ
hiện nay.
- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở
các trƣờng trung học phổ thông chuyên.
-Thực hiện dạy học Vật lý bằng các mô hình đƣợc xây dựng bởi phần
mêm Toán Mathematica.
7. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn đã
đƣợc trình bày trong ba chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lí luận của việc ứng dụng phần mềm toán Mathematica
trong dạy học tại các trƣờng trung học phổ thông chuyên.
Chƣơng 2: Giới thiệu về phần mềm Toán Mathematica
Chƣơng 3: Một số ứng dụng của Mathematica trong giảng dạy phần cơ học. 5
Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
TOÁN MATHEMATICA TRONG DẠY HỌC TẠI CÁC TRƢỜNG
TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN.
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học
1.1.1 Bản chất hoạt động học và chức năng của giáo viên trong tổ chức,
kiểm tra, định hướng hoạt động học.
Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và của học sinh
trong sự tƣơng tác thống nhất biện chứng của ba thành phần trong hệ dạy
học, bao gồm : Giáo viên - Học sinh - Phƣơng tiện hoạt động dạy học.
Kiến thức của mỗi ngƣời là do bản thân mình tự xây dựng, là kết quả
hoạt động của bộ óc của chủ thể phản ánh thực tế khách quan. Vì vậy không
thể quan niệm sự hình thành kiến thức (sự học) của học sinh chỉ đơn thuần là
sự in vào đầu óc học sinh những kiến thức xem nhƣ cái có sẵn tồn tại độc lập
với học sinh. Không thể coi sự dạy của giáo viên chỉ là sự trình diễn kiến
thức, chỉ cần cố gắng sao cho trình diễn đƣợc chính xác, rõ ràng, trực quan
lƣợng, hiệu quả của hoạt động. Giáo viên có vai trò quan trọng trong việc
giúp đỡ cho sự hình thành cơ sở định hƣớng khái quát hoạt động của học
sinh. Cơ sở định hƣớng bao gồm những nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất
cho sự thành công của hoạt động. Hoạt động dạy của giáo viên phải có tác
dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phù hợp với con đƣờng biện chứng
của sự hình thành, phát triển và hoàn thiện của hành động.
Theo quan điểm xã hội - tâm lý, học là hoạt động của cá nhân chiếm
lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh
thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách của cá nhân. 7
Sự học là quá trình hình thành và phát triển của các dạng thức hành
động xác định là sự thích ứng của chủ thể với tình huống qua đó chủ thể
chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng
lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách cá nhân. Mỗi
tri thức mới học đƣợc, có chất lƣợng phải là kết quả của sự thích ứng của
ngƣời học với những tình huống mới xác định. Chính quá trình thích ứng
này của ngƣời học là hoạt động xây dựng nên tri thức mới với tính cách là
phƣơng tiện tối ƣu giải quyết tình huống.
Dạy học là dạy hoạt động (hoạt động chiếm lĩnh tri thức và hoạt động
vận dụng tri thức) và do đó trong dạy học, giáo viên cần tổ chức các tình
huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm
lĩnh đƣợc tri thức đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của
mình.
Trong sự vận hành của hệ tƣơng tác dạy học gồm: Ngƣời dạy (giáo
viên) - Ngƣời học (học sinh) - Hoạt động dạy học thì giáo viên là ngƣời tổ
chức, kiểm tra, định hƣớng hành động của học sinh theo một chiến lƣợc hợp
lý sao cho học sinh tự chủ chiếm lĩnh, xây dựng tri thức của mình và do đó
đồng thời năng lực trí tuệ và nhân cách toàn diện của học sinh từng bƣớc
học sinh tranh thủ sự hỗ trợ từ phía giáo viên và tập thể học sinh.
1.1.2 Đổi mới phương pháp dạy học.
1.1.2.1 Quan điểm dạy học.
Quan điểm dạy học: là những định hƣớng tổng thể cho các hành động
phƣơng pháp, trong đó có sự kết hợp giữa các nguyên tắc dạy học làm nền
tảng, những cơ sở lí thuyết của lí luận dạy học, những điều kiện dạy học và
tổ chức cũng nhƣ những định hƣớng về vai trò của giáo viên và học sinh 9
trong quá trình dạy học. Quan điểm dạy học là những định hƣớng mang tính
chiến lƣợc, cƣơng lĩnh, là mô hình lí thuyết của phƣơng pháp dạy học.
Những quan điểm dạy học cơ bản: DH giải tích minh hoạ, DH gắn với kinh
nghiệm, DH kế thừa, DH định hƣớng học sinh, DH định hƣớng hành động,
DH định hƣớng hành động, DH định hƣớng mục tiêu, DH giải quyết vấn đề,
DH theo tình huống, DH giao tiếp, DH nghiên cứu, DH khám phá, DH mở.
[4, tr. 29]
1.1.2.2 Tiến trình dạy học
Tiến trình dạy học mô tả cấu trúc của quá trình dạy học theo một trình
tự xác định của các bƣớc dạy học, quy định tiến trình dạy học, quy định tiến
trình thời gian, tiến hành logic hành động. Tiến trình DH còn đƣợc gọi là các
bƣớc dạy học hay tiến trình lí luận dạy học, tiến trình phƣơng pháp.
1.1.2.3. Phương pháp dạy học
Thuật ngữ phƣơng pháp bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp (methodos) có
nghĩa là con đƣờng để đạt mục đích. Theo đó PPDH là con đƣờng để đạt
mục đích dạy học.
PPDH là cách thức hành động của giáo viên và học sinh trong quá
trình dạy học. Cách thức hành động bao giờ cũng diễn ra trong những hình
thức cụ thể. Cách thức và hình thức không tách nhau một cách độc lập.
PPDH là những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viên và học sinh
- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi HS
- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trƣờng.
- Phù hợp với việc kiểm tra, đánh giá kết quả dạy-học.
- Kết hợp giữa viêc 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. 11
- Tăng cƣờng sử dụng các PTDH, TBDH và đặc biệt lƣu ý đến những
ứng dụng của công nghệ thông tin.
1.1.2.5 Mục đích của đổi mới PPDH
Việc thực hiện đổi mới chƣơng trình giáo dục phổ thông đòi hỏi phải
đổi mới đồng bộ từ mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp, PTDH đến cách thức
đánh giá kết quả dạy học, trong đó đổi mới PPDH đƣợc coi là khâu đột phá.
Mục đích của việc đổi mới PPDH ở trƣờng phổ thông là thay đổi lối
dạy học truyền thụ một chiều sang dạy học theo “phƣơng pháp dạy học tích
cực” (PPDHTC) nhằm giúp HS phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động,
sáng tạo, rèn luyện thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng
vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong
thực tiễn; tạo niềm tin, niềm vui, hứng thú trong học tập. Làm cho “học” là
quá trình kiến tạo; HS tìm tòi, khám phá, phát hiện, luyện tập, khai thác và
xử lý thông tin….tự hình thành hiểu biết, năng lực và phẩm chất. Tổ chức
hoạt động nhận thức cho HS, dạy HS cách tìm ta chân lí. Chú trọng hình
thành năng lực (tự học, sáng tạo, hợp tác…) dạy phƣơng pháp và kĩ thuật lao
động khoa học, dạy cách học. Học để đáp ứng những yêu cầu của cuộc sống
hiện tại và tƣơng lai. Những điều đã học cần thiết, bổ ích cho bản thân HS và
cho sự phát triển xã hội [4. tr 30]
PPDHTC đƣợc dùng với nghĩa là hoạt động, chủ động, trái với không
hoạt động, thụ đông, PPDHTC hƣớng tới việc tích cực hoá hoạt động nhận
định hƣớng các hoạt động của
học sinh
3. Học sinh lắng nghe lời giảng của
giáo viên, ghi chép và học thuộc.
3. Học sinh chủ động, tích cực
tham gia hoạt động học tập
4. Giáo viên cố gắng truyền đạt hết
những kiến thức và kinh nghiệm của
mình để hoàn thành bài giảng
4. Giáo viên huy động vốn kiến
thức và kinh nghiệm sống của
học sinh để xây dựng kiến thức.
5. Giao tiếp Thầy- Trò nổi lên hàng
đầu
5. Quan hệ Thầy – Trò; trò – trò,
hợp tác với bạn.
6. Học sinh trả lời theo sách giáo
khoa và theo vở ghi
6. Khuyến khích học sinh nêu
những ý kiến cá nhân về vấn đề
đang học
7. Giáo viên cho ví dụ mẫu rồi yêu
cầu học sinh làm những trƣờng hợp
tƣơng tự
7. Học sinh tự xác định vấn đề
và giải quyết vấn đề.
8. Không phát huy đƣợc tính tích
cực học tập của học sinh tham gia
xây dựng bài.
8. Khuyến khích học sinh nêu
kiện đã cho và mục đích cần đạt tới.
- Tìm hiểu xem trong kho tàng kiến thức, kinh nghiệm của loài ngƣời đã
có cách giải quyết vấn đề đó hoặc vấn đề tƣơng tự chƣa.
- Nếu đã có thì liệt kê tất cả những giải pháp đã có và lựa chọn một giải
pháp thích hợp.
- Nếu chƣa có thì đề xuất ra giải pháp mới hay xây dựng kiến thức
phƣơng tiện mới dùng làm công cụ để giải quyết vấn đề.
- Thử nghiệm áp dụng kiến thức đã lựa chọn, giải pháp đã lựa chọn vào
thực tiễn để đánh giá hiệu quả của nó, từ đó bổ sung hoàn thiện kiến thức đã
xây dựng, giải pháp đã đề xuất.
Có thể phỏng theo tiến trình giải quyết một vấn đề khoa học kỹ thuật
của nhà bác học để tổ chức quá trình dạy học ở trƣờng phổ thông nhằm hình
thành ở học sinh năng lực giải quyết vấn đề. Tuy nhiên, để thành công phải
chú ý những điểm khác nhau giữa nhà bác học và học sinh trong khi giải
quyết vấn đề: 15
- Về động cơ, hứng thú, nhu cầu: Nhà bác học khi giải quyết vấn đề đã
tự xác định đƣợc rõ mục đích, tự nguyện đem hết sức mình giải quyết vấn đề
đặt ra, coi đó là nhu cầu bức thiết của cá nhân. Còn học sinh, động cơ, hứng
thú đang đƣợc hình thành, ý thức về mục đích, trách nhiệm còn mờ nhạt, do
đó chƣa tập trung chú ý đem hết sức mình để giải quyết vấn đề học tập.
- Về năng lực giải quyết vấn đề: Khi chấp nhận giải quyết một vấn đề,
nhà bác học đã có trình độ, kỹ năng, kỹ xảo cần thiết. Tuy nhiên, nhiều khi
nhà bác học cũng còn phải tích luỹ thêm kinh nghiệm, sáng tạo thêm phƣơng
tiện lý thuyết và phƣơng tiện vật chất để hoạt động. Còn đối với học sinh,
đây mới là bƣớc đầu làm quen với việc giải quyết một vấn đề khoa học. Vấn
đề đặt ra cho học sinh phải giải quyết cũng giống vấn đề của nhà bác học
nhƣng kinh nghiệm, kiến thức, năng lực của họ còn rất hạn chế.
sáng tạo, có những nét cơ bản của sự tìm tòi khoa học. Nhờ vậy, nó đảm bảo
cho học sinh lĩnh hội vững chắc những cơ sở khoa học, phát triển năng lực
tƣ duy sáng tạo và hình thành cơ sở thế giới quan khoa học.
" Tình huống vấn đề" hay " tình huống học tập " là trạng thái tâm lý
xuất hiện khi con ngƣời gặp phải tình huống khó khăn giải quyết mà bằng tri
thức đã có, bằng cách thức đã biết không thể thực hiện đƣợc mà đòi hỏi phải
xây dựng tri thức mới và cách thức hành động mới. Nói cách khác, tình
huống vấn đề hay tình huống học tập là trạng thái tâm lý khi học sinh gặp
phải mâu thuẫn giữa điều đã biết và điều chƣa biết nhƣng muốn biết. Có thể
phân ra nhiều loại tình huống vấn đề, nhƣng có những loại tình huống học
tập sau:
Tình huống phát triển hoàn chỉnh: Học sinh đứng trƣớc một vấn đề
chỉ mới giải quyết đƣợc một phần, một bộ phận, trong một phạm vi
hẹp; cần phải tiếp tục phát triển, hoàn chỉnh, mở rộng thêm sang 17
những phạm vi mới, lĩnh vực mới.
Tình huống lựa chọn: Học sinh đứng trƣớc một vấn đề có một số dấu
hiệu quen thuộc, có liên quan đến một số kiến thức hay một số
phƣơng pháp giải quyết đã biết, nhƣng chƣa chắc chắn là có thể dùng
phƣơng pháp nào để giải quyết vấn đề sẽ có hiệu quả. Học sinh cần
phải lựa chọn, thử xem kiến thức nào, phƣơng pháp nào có hiệu quả
để giải quyết vấn đề đặt ra.
Tình huống bế tắc: Học sinh đứng trƣớc vấn đề không có một dấu
hiệu nào liên quan đến kiến thức, phƣơng pháp học sinh đã biết. Học
sinh buộc phải xây dựng kiến thức mới, phƣơng pháp mới để giải
quyết vấn đề.
Tình huống " tại sao" : Trong nhiều trƣờng hợp, học sinh quan sát
các hiện tƣợng Vật lý trái với những suy nghĩ thông thƣờng, "trái"
Nói tóm lại, trong dạy học giải quyết vấn đề giáo viên đƣa học sinh
vào tình huống có vấn đề rồi giúp học sinh tự lực giải quyết vấn đề đặt ra.
Bằng cách đó, học sinh vừa nắm đƣợc tri thức mới, vừa nắm đƣợc phƣơng
pháp đi tới tri thức đó, lại vừa phát triển tƣ duy tích cực, sáng tạo và có khả
năng vận dụng tri thức vào giải quyết tình huống mới.
Dạy học giải quyết vấn đề không chỉ giới hạn ở phạm trù phƣơng pháp
dạy học. Việc áp dụng dạy học giải quyết vấn đề đòi hỏi phải đổi mới cả nội
dung, đổi mới cách tổ chức quá trình dạy học trong mối liên quan thống nhất
với phƣơng pháp dạy học.
1.3 Con đường hình thành khái niệm và định luật vật lý 19
Vật lý học là môn khoa học giải thích các hiện tƣợng xảy ra trong tự
nhiên về mặt Vật lý. Đối tƣợng của Vật lý học là những lớp hiện tƣợng rất
phong phú trong tự nhiên mang tính chất nhân quả một cách tƣờng minh. Sơ
khai các triết gia hi lạp gọi Vật lý học là phép Triết lý về tự nhiên. Ngày nay,
ngoại trừ các hiện tƣợng thuộc phạm vi tƣơng tác giữa các nguyên tử dẫn
đến chuyển hoá các chất (Hoá học và Sinh học), hoặc các hiện tƣợng thuộc
phạm vi hiện hành và phát triển của trái đất (Địa chất) đã dần dần tách ra
những ngành khoa học chuyên biệt, còn hầu hết các hiện tƣợng trong tự
nhiên vẫn là đối tƣợng của Vật lý học.
1.3.1 Con đường hình thành khái niệm Vật lý
Trong lịch sử vật lý học ta thấy con đƣờng phát hiện và tìm ra các đặc
tính của sự vật, hiện tƣợng rất phong phú, đa dạng, phức tạp và nhiều khi rất
quanh co trong một thời gian rất lâu dài. Chính vì vậy, ta chỉ nghiên cứu một
cách chung nhất các giai đoạn điển hình của quá trình hình thành điển hình
của quá trình hình thành khái niệm Vật lý. Những giai đoạn đó là: phát hiện
đặc điểm định tính, chỉ rõ đặc điểm định lƣợng, định nghĩa khái niệm, đơn vị
đo, vận dụng vào thực tiễn.
Giai đoạn 3: Định nghĩa đại lƣợng vật lý
Khi định nghĩa một khái niệm ta phải thực hiện hai nhiệm vụ:
- Phân biệt sự vật cần định nghĩa với tất cả những sự vật khác tiếp cận với
nó,
- Vạch ra các dấu hiệu bản chất của sự vật cần định nghĩa (nội hàm của khái
niệm)
Giai đoạn 4: Xác định đơn vị đo
- Đo một đại lƣợng vật lý phải thoả mãn hai yêu cầu: nghĩa là phải
chọn đƣợc một “vật mẫu” để so sánh nó với vật khác có đặc điểm định
lƣợng bằng đặc điểm định lƣợng của vật mẫu.
Copyright: Tài liệu đại học ©