1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

TRẦN QUÍ NAM SỬ DỤNG NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI
MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ “NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT VÀ SỰ PHÓNG XẠ
CỦA HẠT NHÂN” TRONG CHƢƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA 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)
Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Bùi Văn Loát

PPDH
Bài tập vật lý
BTVL

Thực nghiệm

TN
Đối chứng

ĐC

4
Sách giáo khoa

SGK
Công nghệ thông tin

CNTT
Trung học phổ thông

THPT

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU
Trang
1. Lý do chọn đề tài
1
2. Mục đích nghiên cứu
3
3. Đối tƣợng nghiên cứu

9
1.3. Định hƣớng đổi mới
9
1.4. Dạy học tích cực
10
1.4.1. Quan điểm về phƣơng pháp dạy học tích cực
10
1.4.2. Phƣơng pháp dạy học tích cực
11
1.4.3. Những dấu hiệu cơ bản của PPDHTC
11
1.5. Một số vấn đề về phƣơng pháp dạy học Vật lí
15
1.5.1. Đối tƣợng của phƣơng pháp dạy học Vật lí
15
1.5.2. Nhiệm vụ của phƣơng pháp dạy học Vật lí
15
1.5.3. Tính đặc thù của phƣơng pháp dạy học Vật lí – Phƣơng pháp
nhận thức Vật lí

15

2
1.6. Xu hƣớng đổi mới PPDH Vật lí
16
1.6.1. Xác định nhu cầu, phong cách học môn Vật lí của học sinh
17
1.6.2. Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học môn Vật lí
17
1.6.3. Xác định yêu cầu về nội dung bài dạy học môn Vật lí

28
1.9.2. Các bƣớc kết hợp hiệu quả giữa phƣơng pháp dạy học tích cực
với phần mềm toán học Mathematica trong giảng dạy phần phản ứng
hạt nhân 29
Kết luận chƣơng 1
30
Chƣơng 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TOÁN
HỌC MATHEMATICA. PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI
TẬP VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 31
2.1. Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica
31
2.2. Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính
31
2.2.1. Các tính toán bằng số
32
2.2.2. Phép tính bằng ký hiệu
32

3
2.2.3. Vẽ đồ thị
33
2.3. Mathematica là ngôn ngữ lập trình
34
2.4. Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học

49
Kết luận chƣơng 2
54
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM
55
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm
55
3.2. Đối tƣợng và phƣơng thức thực nghiệm sƣ phạm
55
3.2.1 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm
55
3.2.2. Phƣơng thức thực nghiệm sƣ phạm
55
3.3. Phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm
56
3.3.1. Phân tích định tính diễn biến các giờ học trong quá trình TNSP
56
3.3.2. Kết quả thực nghiệm sƣ phạm của các lớp TN và ĐC
58
Kết luận chƣơng 3
68
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
70
1. Kết luận
70

4
2. Khuyến nghị
70
TÀI LIỆU THAM KHẢO

cần phải rèn cho học sinh năng lực tƣ duy, năng lực giải quyết vấn đề, năng lực
làm việc độc lập và năng lực tự nghiên cứu khoa học.

2
Tại các trƣờng học phổ thông trên cả nƣớc hiện nay nói chung và trên địa
bàn thành phố Hà Nội nói riêng, học sinh ít đƣợc tạo điều kiện rèn luyện tƣ duy,
nhận thức một cách logic, khoa học, năng lực tự giải quyết vấn đề. Trong đổi
mới phƣơng pháp dạy học, chúng ta cần phải có thời gian để dần chuyển từ
phƣơng pháp dạy học truyền thống – giáo viên là trung tâm, là ngƣời truyền đạt
kiến thức, ngƣời học tiếp thu kiến thức một cách thụ động sang phƣơng pháp
dạy học hiện đại, lấy ngƣời học làm trung tâm. Ở đây, giáo viên là ngƣời đóng
vai trò hƣớng dẫn ngƣời học chủ động tiếp cận kiến thức một cách khoa học.
Có thể thấy rất rõ điều vô lý là trong khi chúng ta mong muốn đƣa ngƣời
học về vị trí trung tâm trong giáo dục, ý kiến ngƣời học sẽ định hƣớng cho cách
học của chính mình và cho cả sự phát triển của nền giáo dục thì chúng ta lại
không quan tâm tới ý kiến, suy nghĩ của ngƣời học. Tuy chúng ta muốn học sinh,
sinh viên, học viên chủ động trong học tập, chủ động trong nghiên cứu và là
trung tâm của giáo dục, nhƣng lại tiến hành theo phƣơng thức gò bó, ép buộc, áp
đặt mà không xem xét công việc đó có phù hợp với ý kiến của ngƣời học, với
thời đại không.
Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học trong thời điểm
hiện nay là hoàn toàn phù hợp với xu thế của thời đại, nhất là đối với các trƣờng
học ở các thành phố, thị xã – nơi có điều kiện cơ sở vật chất, nhanh chóng tiếp
thu công nghệ. Đặc biệt ở Hà Nội – là trung tâm văn hóa, kinh tế, chính trị…
của cả nƣớc thì việc ứng dụng công nghệ vào dạy học là hoàn toàn cần thiết và
khả thi. Để đáp ứng nhu cầu đó, thì việc sử dụng phần mềm toán học
Mathematica là một giải pháp tối ƣu hiện nay vì trình độ tin học của giáo viên
chƣa cao không nên chọn phần mềm mạnh nhƣng khó sử dụng. Phần mềm
Mathematica dễ sử dụng, có đầy đủ tính năng đồ họa, tính toán và đặc biệt đây là
công cụ mạnh trong việc giúp giáo viên xây dựng các mô hình vật lý một cách

ứng dụng công nghệ thông tin, khả năng giải quyết vấn đề, khả năng làm việc
nhóm, năng lực nhận thức. Giúp ngƣời học chủ động giải quyết vần đề khi gặp
phải trong quá trình dạy học và giúp ngƣời dạy có thêm công cụ trong việc dạy
các bài tập.
6. Giả thuyết khoa học
Tin học hóa quá trình dạy học đã và đang chiếm ƣu thế. Đặc biệt là việc
ứng dụng các phần mềm vào quá trình dạy học, phần mềm Mathematica một
cách hợp lý, nó mang lại hiệu quả cao trong day học.
Xây dựng các mô hình mô phỏng các hiện tƣợng vật lý, hỗ trợ giảng dạy,
từ đó dễ ràng giúp học sinh đƣa ra các phƣơng án giải quyết vấn đề trong phần
“ năng lượng liên kết và sự phóng xạ của hạt nhân”, qua đó giúp cho học sinh
thể hiện năng lực bản thân, rèn luyện, phát triển khả năng tƣ duy, sáng tạo một
cách toàn diện.
7. Phƣơng pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý luận
Dựa vào tài liệu lý luận dạy học làm sáng tỏ các quan điểm, trong tổ chức,
điều khiển diễn biến quá trình dạy học giải bài tập. Từ đó học sinh giải quyết
những vấn đề gặp phải trong quá trình nhận thức.
Sử dụng phần mềm toán học Mathematica và những tài liệu liên quan
trong việc thiết kế, giải quyết các vấn đề trong giải bài tập vật lý phục vụ quá
trình dạy học.
Nghiên cứu chƣơng trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, sách
tham khảo, từ đó xác định chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài
tập vật lý mà học sinh cần phải nắm đƣợc khi học phần “ năng lượng liên kết và
sự phóng xạ của hạt nhân” của chƣơng hạt nhân nguyên tử.
Phương pháp nghiên cứu thực tiễn

5
Nghiên cứu quá trình dạy học trong trƣờng THPT nói chung và trƣờng
THPT Cổ Loa nói riêng thông qua các hoạt động: giảng dạy, dự giờ, thảo luận

1.1.1. Khái quá chung
Hiện nay, thực tiễn giáo dục nƣớc ta còn nhiều bất cập từ nội dung, chƣơng
trình dạy học đến phƣơng pháp dạy học (PPDH), hình thức tổ chức, quản lý giáo dục.
Một số nhà lý luận dạy học cho rằng để thực hiện đƣợc mục tiêu giáo dục thì cần
phải coi đổi mới PPDH là trọng tâm, quản lý giáo dục là khâu đột phá. Dạy học phải
hƣớng vào ngƣời học, “lấy ngƣời học làm trung tâm”. Để thhực hiện đƣợc các mục
tiêu giáo dục thì sử dụng tốt các PPDH truyền thống và đồng thời kết hợp với các
PPDH không truyền thống, trong đó sử dụng công nghệ thông tin - truyền thông
(CNTT – TT) là yếu tố không tách rời.

Việc đổi mới phƣơng pháp dạy học để giải quyết mâu thuẫn giữa yêu cầu
đào tạo con ngƣời mới với thực trạng lạc hậu nói chung của phƣơng pháp dạy
học còn lạc hậu ở nƣớc ta hiện nay. Nhu cầu này đã đƣợc thể hiện bức xúc trong
các nghị quyết của Đảng, các văn bản chỉ đạo của Nhà nƣớc, Bộ Giáo dục. Đặc
biệt, vấn đề trên đã đƣợc viết thành các điều khoản trong Luật Giáo dục của
nƣớc Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam.
Phải thừa nhận rằng trong tình hình hiện nay, phƣơng pháp dạy học ở
nƣớc ta còn có những nhƣợc điểm phổ biến:
 Thầy thuyết trình tràn lan;
 Tri thức được truyền thụ dưới dạng có sẵn, ít yếu tố tìm tòi, phát hiện;
 Thầy áp đặt, trò thụ động;

7
 Thiên về dạy, yếu về học, thiếu hoạt động tự giác, tích cực và sáng tạo
của người học;
 Không kiểm soát được việc học.
Mâu thuẫn giữa yêu cầu đào tạo con ngƣời để xây dựng xã hội công
nghiệp hóa, hiện đại hóa với thực trạng lạc hậu của phƣơng pháp dạy học đã đòi
hỏi phải sinh thúc đẩy cuộc vận động đổi mới phƣơng pháp dạy học ở tất cả các
cấp trong ngành Giáo dục và Đào tạo từ một số năm cuối thập kỷ thế kỷ XX đến

Luật Giáo dục của Quốc hội nƣớc Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã
quy định: “
Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác,
chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn
học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ
năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui,
hứng thú học tập cho học sinh” (Luật giáo dục 2005, chƣơng II, mục 2, điều 28,
khoản 2).

Cốt lõi của đổi mới PPDH là hƣớng tới hoạt động tích cực, chủ động,
chống lại thói quen học tập thụ động. Đổi mới nội dung và hình thức hoạt động
của giáo viên (GV) và học sinh (HS), đổi mới hình thức tổ chức dạy học, đổi
mới hình thức tƣơng tác xã hội trong dạy học với định hƣớng:
- Bám sát mục tiêu giáo dục phổ thông;
- Phù hợp với nội dung dạy học cụ thể;
- Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi học sinh;
- Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiện dạy học của nhà trƣờng;
- Phù hợp với việc đổi mới kiểm tra, đánh giá kết quả dạy – học;

9
- 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
phƣơng pháp dạy học truyền thống;
-Tăng cƣờng sử dụng các phƣơng tiện dạy học, thiết bị dạy học và đặc biệt
lƣu ý đến những ứng dụng của CNTT.
1.2. Quan điểm chung về đổi mới phƣơng pháp dạy học
1.2.1. Thực trạng của việc dạy và học hiện nay
Ngành Giáo dục luôn đƣa ra khẩu hiệu “Biến quá trình đào tạo thành quá
trình tự đào tạo”. Cuộc cải cách giáo dục lần thứ hai đƣợc bắt đầu năm 1980 đã
phần nào phát huy tính tích cực, nhằm tạo ra thế hệ những ngƣời lao động sáng

pháp dạy học. Nó hoàn toàn phù hợp với luận điểm cơ bản của giáo dục học cho
rằng con ngƣời phát triển trong hoạt động và học tập diễn ra trong hoạt động.
Hoạt động liên hệ với các yếu tố: chủ thể, đối tƣợng, mục tiêu, phƣơng
tiện, kết quả; đối với hoạt động học, còn liên hệ đến một yếu tố quan trọng, đó là
ngƣời thầy. Cụ thể hóa bản chất nêu trên ta có một số đặc trƣng sau đây:
(1). Xác lập vị trí chủ thể của người học, bảo đảm tính tự giác, tích cực,
chủ động và sáng tạo của hoạt động học được thực hiện độc lập hoặc trong giao
lưu.
Ngƣời học là chủ thể kiến tạo tri thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành thái
độ chứ không phải là nhân vật bị động hoàn toàn làm theo lệnh của thầy giáo.
Với định hƣớng “hoạt động hóa ngƣời học’’, vai trò chủ thể của ngƣời học đƣợc
khẳng định trong quá trình họ học tập trong hoạt động và bằng hoạt động của
bản thân mình.

11
Tùy theo mục tiêu và hoàn cảnh cụ thể, có thể tổ chức cho học sinh hoạt
động độc lập hoặc trong giao lƣu, cả hai trƣờng hợp đều rất quan trọng đối với
phƣơng pháp dạy học. Một mặt, mặc dầu trong quá trình học tập vẫn có cả
những phần học sinh hoạt động dƣới sự dẫn dắt của thầy hoặc có sự hỗ trợ của
bạn, nhƣng hoạt động độc lập của học sinh là thành phần không thể thiếu để đảm
bảo việc học thành công. Mặt khác, do bản chất xã hội của việc học, phƣơng tiện
giao lƣu ngày càng đƣợc quan tâm và nhấn mạnh trong phƣơng pháp dạy học,
những yếu tố của dạy học hợp tác: học theo nhóm, theo cặp, tranh luận, ngày
càng đƣợc tăng cƣờng.
(2). Tri thức được cài đặt trong những tình huống có dụng ý sư phạm:
Tri thức là đối tƣợng của hoạt động học tập. Để dạy một tri thức nào đó,
thầy giáo không nên trao ngay cho học sinh điều mình muốn dạy; cách làm tốt
nhất thƣờng là cài đặt tri thức đó vào những tình huống thích hợp để học sinh
chiếm lĩnh nó thông qua hoạt động tự giác, tích cực và sáng tạo của bản thân.
Theo lý thuyết kiến tạo[14], học tập là một quá trình trong đó ngƣời học

người học.
- Xác định vai trò mới của người thầy với tư cách người thiết kế, ủy thác,
điều khiển và thể chế hóa.
Trong hoạt động hóa ngƣời học, sự xác lập vị trí chủ thể của ngƣời học
không hề làm suy giảm vai trò của ngƣời thầy giáo, mà ngƣợc lại càng nâng cao
vai trò trách nhiệm của ngƣời thầy. Vai trò ngƣời thầy đã đƣợc chuyển đổi, thầy
không phải là nguồn phát tin duy nhất, Dạy học trong cách nhìn mới sẽ không
còn là cái dạy học vốn có với quyền uy tối thƣợng cung cấp và ban phát các chân
lý khách quan, định đoạt tính đúng sai của các nhận thức và lý giải của con

13
ngƣời, mà là dạy học trong tƣơng lai, dạy học sẽ đƣợc phát triển trong sự tƣơng
tác thƣờng xuyên với các bối cảnh của tự nhiên và xã hội, các bối cảnh luôn luôn
trong tình trạng bị tác động của những xáo trộn ngẫu nhiên, bất định và không dự
đoán trƣớc đƣợc. Vai trò ngƣời thầy quan trọng hơn, nặng nề hơn, thể hiện:
 Thiết kế, là lập kế hoạch, chuẩn bị quá trình dạy học về mặt mục tiêu,
nội dung, phƣơng pháp, phƣơng tiện và hình thức tổ chức;
 Ủy thác, là biến ý đồ dạy của thầy thành nhiệm vụ học tập tƣ nguyện,
tƣ giác của học sinh, là chuyển giao cho học sinh không phải những tri
thức dƣới dạng có sẵn mà là những tình huống để học sinh hoạt động
thích nghi;
 Điều khiển, kể cả điều khiển về mặt tâm lý, bao gồm sự động viên,
hƣớng dẫn, trợ giúp và đánh giá;
 Thể chế hóa, là xác nhận những kiến thức mới phát hiện, đồng nhất hóa
những kiến thức riêng lẻ mang màu sắc cá thể, phụ thuộc vào hoàn
cảnh và thời gian của từng học sinh thành tri thức khoa học của xã hội,
tuân thủ chƣơng trình về mức độ yêu cầu, cách thức diễn đạt và định vị
tri thức mới trong hệ thống tri thức đã có, hƣớng dẫn vận dụng và ghi
nhớ hoặc giải phóng khỏi trí nhớ nếu thấy không cần thiết.
Từ định hướng học tập trong hoạt động và bằng hoạt động, phân tích các

mềm dạy học giúp học sinh học bài trên lớp và ở nhà; công nghệ kiểm tra, đánh
giá trắc nghiệm trên máy tính; sử dụng internet, thiết bị đa phƣơng tiện,
networking để dạy học.
Dạy học với các phƣơng tiện hiện đại trên sẽ có các ƣu thế nhƣ: GV
chuẩn bị bài một lần thì sử dụng đƣợc nhiều lần; các phần mềm dạy học giúp

15
giáo viên và học sinh dễ dàng hơn trong việc vẽ hình và giải quyết các bài Vật
lý. Giúp bài giảng sinh động hơn, dễ dàng cập nhật và thích nghi với sự thay đổi
nhanh của khoa học hiện đại; hỗ trợ, chuẩn hóa các bài giảng mẫu, đặc biệt với
những bài khó giảng, khái niệm phức tạp; HS không bị thụ động, có nhiều thời
gian nghe giảng để đào sâu suy nghĩ và điều quan trọng hơn là nhiều HS đƣợc dự
và nghe giảng bài của GV giỏi.
1.2.4.2. Một số hướng chính trong việc sử dụng CNTT trong dạy học Vật lý
- Khai thác, tìm kiếm thông tin
Mạng internet là một kho kiến thức khổng lồ của nhân loaị về tất cả các
lĩnh vực. Nó cho phép ngƣời sử dụng tra cứu, tìm kiếm thông tin nhanh hơn bất
cứ phƣơng tiện nào khác, và nó thể hiện ở bất cứ phƣơng tiện nào khác và có thể
thực hiện ở bất cứ nơi nào có nối mạng internet. Bên cạnh đó, máy tính cho phép
ngƣời sử dụng làm việc trực tiếp với các dữ liệu có sẵn, từ đó hình dung ra sự
phong phú đa dạng của nó để phân tích hay làm sáng tỏ một vấn đề Vật lý học.
- Học tập dựa trên những thông tin phản hồi
Máy tính có khả năng cung cấp thông tin nhanh và chính xác các thông tin phản
hồi dƣới góc độ khách quan. Từ những thông tin phản hồi nhƣ vậy cho phép
ngƣời học có thể đƣa ra những ƣớc đoán của mình và do đó có thể thử nghiệm,
thay đổi những ý tƣởng của mình.
- Khả năng quan sát các mô hình - Hỗ trợ hoạt động khám phá và giải
quyết vấn đề
Với khả năng và tốc độ xử lý của máy tính giúp ngƣời học đƣa ra nhiều ví
dụ khi khám phá các vấn đề trong Vật lý học. Máy tính sẽ trợ giúp ngƣời học


17
1.3. Xu hƣớng đổi mới phƣơng pháp dạy học
Giáo dục của Thế kỉ 21 đang đứng trƣớc sự phát triển nhƣ vũ bão của các
tiến bộ khoa học kĩ thuật trên thế giới, đặc biệt là sự phát triển mạnh mẽ của
CNTT. Đất nƣớc ta đang bƣớc vào thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất
nƣớc với mục tiêu đƣa nƣớc ta tiến lên từ một nƣớc nông nghiệp lạc hậu thành
một nƣớc công nghiệp vào năm 2020. Nhân tố quyết định sự thắng lợi của công
cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nƣớc chính là nguồn lực con ngƣời.
Trƣớc yêu cầu mới của xã hội, con ngƣời có học vấn hiện đại không chỉ có khả
năng lấy tri thức ra từ trí nhớ ở dạng có sẵn, đã đƣợc học ở trƣờng mà còn phải
biết tự mình chiếm lĩnh, sử dụng linh hoạt các tri thức đã học vào từng trƣờng
hợp cụ thể một cách sáng tạo, mang lại hiệu quả công việc cao nhất. Chính vì thế
mà một trong những yêu cầu cấp bách hiện nay là đổi mới phƣơng pháp dạy học.
Nghị quyết Đại hội Đảng lần thứ IX đã khẳng định “Đổi mới phƣơng pháp
dạy và học, phát huy tƣ duy sáng tạo và năng lực đào tạo của ngƣời học, coi
trọng thực hành, thực nghiệm, làm chủ kiến thức, tránh nhồi nhét, học vẹt, học
chay, đổi mới và thực hiện nghiêm minh chế độ thi cử… ” Nhƣ vậy mục tiêu của
việc đổi mới phƣơng pháp dạy học là giúp cho học sinh tích cực chủ động sáng
tạo trong học tập, xóa bỏ thói quen học tập thụ động. Từ những nhận định trên có
thể thấy rằng việc đổi mới PPDH cần phải đặt trong một hệ thống chứ không thể
coi PPDH là một thành tố độc lập.
1.3.1. Xác định nhu cầu, phong cách học của học sinh
Môn học vật lí đƣợc triển khai bắt đầu từ việc tìm hiểu và nhận diện đƣợc
nhu cầu và phong cách học tập của học sinh[8]. Các thông tin đầy đủ về nhu cầu,
kỳ vọng và phong cách học tập của học sinh sẽ giúp giáo viên phác họa đƣợc kế
hoạch tổ chức triển khai và quản lí hiệu quả việc dạy học, thúc đẩy các quá trình
tìm kiếm cơ hội hỗ trợ cho học sinh trong suốt quá trình dạy học. Trong quá trình

18