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
GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT 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)
Mã số: 60 14 10

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. BÙI VĂN LOÁT

HÀ NỘI – 2012

v
MỤC LỤC

Trang
Lời cảm ơn

13
1.3.Vai trò và ý nghĩa của công nghệ thông tin trong dạy học
21
1.4.Phương pháp mô hình
23
1.4.1.Các chức năng của mô hình
23
1.4.2.Tính chất của mô hình
24
1.4.3.Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí
25
1.4.4. Các giai đoạn của phương pháp mô hình
26
1.4.5.Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí
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
chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao

44
2.4.1.Mô hình nhiễu xạ ánh sáng
44
2.4.2.Mô hình về giao thoa ánh sáng
48
2.5.Thiết kế một số bài giảng dạy trong chương “Sóng ánh sáng”
49
2.5.1.Bài 36: Nhiễu xạ ánh sáng. Giao thoa ánh sáng
49
2.5.2.Bài 37: Khoảng vân. Bước sóng và màu sắc ánh sáng (tiết 1)
54
Kết luận chương 2
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

cho việc dạy học như phần mềm Flash, phần mềm Crocodile, phần mềm
Mathematical… Trong số những phần mềm được sử dụng hỗ trợ cho việc giảng
dạy, phần mềm Matlab hỗ trợ rất hiệu quả cho việc giảng dạy. Phần mềm Matlab
đã hỗ trợ giáo viên trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, tăng
cường tính tích cực của người học, tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức,
tăng cường thời gian thảo luận và giải quyết các vấn đề bản chất, giải phóng học
sinh khỏi những thao tác không cần thiết…
Trong chương trình Vật lý 12 THPT, tôi nhận thấy chương “Sóng ánh sáng”
có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật và thực tế đời sống. Mặt khác, đây là
một chương khó, nhiều kiến thức trong chương được xây dựng từ hiện tượng quan
sát được trong thực tế và từ thí nghiệm. Có nhiều hiện tượng, nhiều thí nghiệm
không phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ra những khó khăn trong việc chiếm
lĩnh tri thức của học sinh. Hơn nữa, việc tiếp thu kiến thức theo kiểu áp đặt hoặc
chấp nhận kiến thức gây ra cảm giác chán nản, không hứng thú, không hiểu rõ bản
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

biến đổi của đối tượng Vật lý.
- Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng
cao, tập trung vào các bài giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng.
- Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab.
- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử
dụng mô hình được thiết kế bằng Matlab.
8. Phạm vi nghiên cứu
- Nội chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, cụ thể là một số bài giao
thoa và nhiễu xạ ánh sáng.
- Các hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh trường THPT Thanh
Liêm B – tỉnh Hà Nam.
9. Phƣơng pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý luận
Nghiên cứu cơ sở lí luận về tâm lí học, giáo dục học và lí luận dạy học bộ
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

giáo viên, nhằm tổ chức hoạt động nhận thức và hoạt động thực hành của học sinh
nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nội dung dạy học và thực hiện mục đích dạy học.
Phương pháp dạy học là tổng hợp các cách thức hoạt động phối hơp của giáo viên -
học sinh được thực hiện trong quá trình dạy học. Trong đó, cách thức hoạt động của
giáo viên đóng vai trò chủ đạo, cách thức hoạt động của học sinh đóng vai trò chủ
động nhằm thực hiện tốt mục đích và nhiệm vụ dạy học.
Mỗi phương pháp dạy học bao gồm các yếu tố [5]:
 Mục đích dạy học được xác định trước.
 Hệ thống những hành động liên tiếp tương ứng.
 Phương pháp hành động tương ứng.
 Quá trình biến đổi của đối tượng bị tác động, kết quả thu được.
1.1.2. Thực trạng của việc dạy và học hiện nay
Thực tế dạy học ở trường phổ thông của chúng ta hiện nay vẫn mang nặng
tính chất độc thoại, thông báo, giảng giải, áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước
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.

1.2.2.7. Tổ chức hoạt động dạy học
1.3. Vai trò và ý nghĩa của công nghệ thông tin trong dạy học
Ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy, người giáo viên sẽ xây dựng
bài học một cách sinh động, thu hút được sự chú ý của học sinh, làm cho người học
thấy hứng thú hơn, giờ học trở nên sôi động hơn; người học tiếp thu bài nhanh hơn
và có cảm giác như tự mình đang tìm ra những điều mới lạ ở thế giới xung quanh
bản thân mình. Qua đó giúp cho học sinh thật sự tích cực chủ động học tập.
1.4. Phƣơng pháp mô hình
1.4.1. Các chức năng của mô hình
- Mô tả sự vật hiện tượng
- Giải thích các tính chất, hiện tượng có liên quan đến đối tượng
- Tiên đoán các tính chất và các hiện tượng mới
1.4.2. Tính chất của mô hình
- Tính chất tương tự với “vật gốc”.
- 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

9
thuyết tương đối hẹp”, và “Từ vi mô đến vĩ mô” nhằm giúp học sinh có một cái
nhìn tổng quan về thế giới vật chất, khái quát các kiến thức đã học trong chương
trình vật lí phổ thông. Ngoài ra, còn có một số nội dung mới trong các chương còn
lại như: Hiệu ứng Đốp-ple, Nhiễu xạ ánh sáng, Hấp thụ ánh sáng, Phản xạ lọc lựa,
Màu sắc các vật, Sơ lược về laze…
2.2. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng
cao
2.2.1. Tán sắc ánh sáng
2.2.2. Nhiễu xạ ánh sáng
2.2.3. Giao thoa ánh sáng
2.2.4. Máy quang phổ và các loại quang phổ
2.2.5. Tia hồng ngoại. Tia tử ngoại. Tia X
2.2.6. Thuyết điện từ ánh sáng. Thang sóng điện từ
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

phần mềm Matlab trong dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao sẽ
phát huy được tính tích cực hoạt động nhận thức của học sinh và nâng cao chất
lượng kiến thức”.

11
Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng các mô hình được thiết kế bằng phần
mềm Matlab trong quá trình giảng dạy nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của
HS.
Xử lí và phân tích kết quả để đánh giá khả năng sử dụng các mô hình được
thiết kế bằng phần mềm Matlab chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao.
Thực nghiệm sư phạm đảm bảo kết quả về mặt định lượng, đảm bảo tính
khoa học, tính khách quan và phù hợp với thực tế.
3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm
- Lên kế hoạch thực nghiệm sư phạm.
- 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.

- Cuối đợt thực nghiệm tến hành cho học sinh làm bài kiểm tra 45 phút để
khảo sát chất lượng bài giảng.
3.7. Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.7.1. Đánh giá định tính kết quả thực nghiệm
Quan sát giờ học của các lớp thực nghiệm được thực hiện theo kế hoạch
thực nghiệm với bài tập thực nghiệm tôi có những nhận xét sau:
- Ở lớp thực nghiệm, không khí lớp học rất sôi nổi.Các em học sinh rất hăng
hái phát biểu xây dựng bài. Nhiều em đã mạnh dạn đưa ra những câu hỏi thắc mắc
liên quan đến bài học. Tính tích cực, chủ động của các em học sinh đã bước đầu
được phát huy.
- Ở lớp đối chứng, không khí lớp học trầm hơn so với lớp thực nghiệm. Khi
giáo viên đưa ra các yêu cầu, các em học sinh đã thực hiện những yêu cầu đó nhưng
với tinh thần không hào hứng, nhiệt tình tham gia vào bài học. Các em học sinh
không thật sự tích cực, chủ động chiếm lĩnh tri thức.
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

14
8
8,22 13

Bảng 3.2. Xử lí kết quả để tính các tham số
Lớp đối chứng:
55,7
1
X

Lớp thực nghiệm:
22,8
2
X

X
i
n
1i
X
i
n
2i
22i

0
-6,22
38,6884
0,0000
3
0
-4,55
20,7025
0,0000
3
0
-5,22
27,2484
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

10
-0,22
0,0484
0,4840
9
11
1,45
2,1025
23,1275
9
14
0,78
0,6084
8,5176
10
4
2,45
6,0025
24,0100
10
8
1,78
3,1684
25,3472


44 112,91


d
TN-DC
Lớp ĐC
7.55
2,63
1,62
21,46

0,67
Lớp TN
8.22
1,81
1,35
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
0
2,22
11,11
15,56
22,22
31,11
17,78

Bảng 3.5. Phân phối tần suất (w
i
%) số học sinh đạt điểm X
i
trở xuống
Lớp
N
Số % học sinh đạt điểm X
i
trở xuống
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10


Hình 3.1: Phân bố tần suất 15

Hình 3.2. Phân bố tần suất tích lũy
*Nhận xét
- Ở lớp đối chứng có học sinh dưới điểm trung bình, ở lớp thực nghiệm không
có học sinh đạt điểm dưới trung bình và số học sinh đạt điểm 10 cao hơn ở lớp đối
chứng.
- Điểm trung bình cộng của lớp thực nghiệm (8,22) cao hơn lớp đối chứng
(7,55). Hệ số biến thiên giá trị điểm số của lớp thực nghiệm (16,42%) nhỏ hơn lớp
đối chứng (21,46%). Điều đó có nghĩa là độ phân tán về điểm số quanh điểm trung
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)

55,722,8



t
(3.10)

Với mức hợp lý ( mức có nghĩa)α = 0,05;số bậc tự do bằng 87 tra bảng phân
bố Student, ta có t
α
= 1,65. Kết quả thực nghiệm thu được t=2,12 lớn hơn giá trị t
α
.
Như vậy, điểm trung bình của hai lớp là khác nhau do bản chất. Hay điểm
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.

viên Vật Lý ở trường THPT.
Tuy nhiên, đề tài vẫn tồn tại một số hạn chế sau:

18
- Khi thực hiện bài giảng có sự hỗ trợ của phần mềm Matlab thì thời gian chuẩn
bị tương đối nhiều, đòi hỏi giáo viên phải có kiến thức nhất định về CNTT, đặc
biệt phải có kỹ năng lập trình phần mềm Matlab. Đối với một số giáo viên điều này
là khó. Do đó, việc sử dụng kết quả của đề tài ứng dụng rộng rãi trong dạy học là
khó thực hiện được.
- Tính ứng dụng của luận văn sẽ được phát huy tối đa khi các thiết bị công nghệ
dạy học được trang bị đầy đủ, như máy tính chạy phần mềm, máy chiếu
Projector… Do đó, nếu không được đáp ứng các nhu cầu trên, đề tài của luận văn
khó phát huy được ưu thế.
2. Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài
- 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!