1
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ THU HUYỀN
SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA TRONG
VIỆC HƢỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP VẬT LÝ
CHƢƠNG “ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM” SÁCH GIÁO
KHOA VẬT LÝ 10 NÂNG CAO TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
HÀ NỘI - 2010

2
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, Tác giả xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo, Cô giáo
trong Trƣờng Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã nhiệt tình
giảng dạy truyền thụ cho tác giả về những kiến thức quý báu về PPDH và
hết lòng giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và nghiên cứu đề tài.
Tác giả xin đƣợc bày tỏ lòng lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới
GS.TS Tôn Tích Ái, TS Ngô Diệu Nga các Thầy, Cô đã tận tình giảng dạy,
hƣớng dẫn và động viên khích lệ tác giả trong suốt quá trình học tập và làm
luận văn.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Trung học phổ
thông Nguyễn Trãi – Ba Đình thành Phố Hà Nội đã động viên tạo mọi điều
kiện cho tác giả đƣợc đi học cũng nhƣ trong quá trình thực hiện đề tài.
Tác giả bày tỏ sự cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bè bạn và các bạn học
viên khóa 3, khóa 4 Cao học Lý luận và Phƣơng pháp Dạy học trƣờng Đại
học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã động viên, giúp đỡ tác giả
trong suốt quá trình học tập và có nhiều ý kiến quý báu giúp tác giả hoàn
thành luận văn tốt nghiệp.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhƣng luận văn chắc chắn không thể


4
MỤC LỤC

Trang
MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
1
2. Mục tiêu nghiên cứu
2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
2
4. Phạm vi nghiêm cứu
2
5. Mẫu khảo sát
3
6. Vấn đề nghiên cứu

26
1.4. Giới thiệu phần mềm toán học Mathematica
29
1.4.1. Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica
29
1.4.2. Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính
30

5
1.4.3. Các lệnh trong Mathematica
34
1.5. Thực tiễn hoạt động hƣớng dẫn giải bài tập vật lí và việc ứng
dụng công nghệ thông tin trong dạy học vật lí ở một số trƣờng
THPT ở Hà Nội 44
1.5.1. Nội dung điều tra
45
1.5.2. Phƣơng pháp điều tra
45
1.5.3. Kết quả điều tra
46
Kết luận chƣơng 1
49
Chƣơng 2: SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ
CHỨC HƢỚNG DẪN HOẠT ĐỘNG GIẢI BÀI TẬP CÓ SỬ
DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA VÀO
CHƢƠNG ''ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT ĐIỂM '' VẬT LÝ LỚP 10
NÂNG CAO

vật lý 10 nâng cao

74
2.3.1. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập
74
2.3.2. Hệ thống bài tập
75
2.4. Tổ chức dạy học với hệ thống bài tập chƣơng “Động lực học chất điểm”
vật lý 10 nâng cao có sử dụng phần mềm toán học Mathematica

79

6
2.4.1. Phƣơng pháp
79
2.4.2. Hƣớng dẫn học sinh giải hệ thống bài tập đã soạn thảo
80
Kết luận chƣơng 2
107
Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM
108
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sƣ phạm
108
3.2. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm
108
3.3. Phƣơng pháp thực nghiệm
108
3.4. Thời điểm thực nghiệm: 15/10/2010 đến 22/11/2010
109
3.5. Tiến trình thực nghiệm sƣ phạm

thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui hƣớng thú và trách
nhiệm học tập của học sinh”
Với đặc thù môn học Vật Lý phổ thông là quan sát, mô phỏng, giải
thích hiện tƣợng, việc sử dụng một phần mềm công nghệ để trong giảng
dạy bài tập sẽ giúp học sinh dễ dàng hiểu và vẫn dụng đƣợc, giúp giáo viên
và học sinh nâng cao chất lƣợng dạy và học. Mathematica là một trong
những phần mềm đó. Mathematica có những ƣu thế trong việc mô phỏng
các hiện tƣợng, đồ họa đẹp, thân thiện và dễ sử dụng, có khả năng ứng
dụng cao trong Vật Lý, hoàn toàn là một lựa chọn thích hợp trong việc dạy
bài tập Vật Lý phổ thông cho học sinh hiện nay.
Từ những lý do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm
Mathematica trong việc hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lý nhằm nâng
cao chất lƣợng dạy - học vật lý ở trƣờng phổ thông trung học ,tôi đã lựa
chọn đề tài: “Sử dụng phần mềm toán học Mathematica trong việc hướng
dẫn học sinh giải bài tập vật lý chương "Động học lực chất điểm" sách
giáo khoa vật lý 10 ban nâng cao trung học phổ thông”.

2
2. Mục tiêu nghiên cứu
Vận dụng lý luận về giải bài tập vật lý, soạn thảo hệ thống bài tập và
tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán
học Mathematica vào chƣơng "Động lực học chất điểm" sách giáo khoa
Vật Lý 10 nâng cao góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dƣỡng
năng lực sáng tạo của học sinh
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Để đạt đƣợc mục tiêu đề tài, chúng tôi có xác định có những nhiệm vụ:
- Nghiên cứu các quan điểm dạy học hiện đại về dạy học,đặc biệt chú
trọng về cơ sở lý luận của việc dạy giải bài tập vật lý.
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica.
- Nghiên cứu nội dung và phân phối chƣơng trình các kiến thức chƣơng

7. Giả thuyết nghiên cứu
Nếu học sinh có kiến thức về việc sử dụng phần mềm toán học
Mathematica và kiến thức vật lý của chƣơng "Động lực học chất điểm"
sách giáo khoa Vật Lý 10 nâng cao; Giáo viên soạn thảo đƣợc hệ thống bài
tập bám sát mục tiêu dạy học và tổ chức hoạt động dạy học hƣớng dẫn học
sinh với hệ thống bài tập đó có sử dụng phần mềm toán học Mathematica,
một cách phù hợp thì góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dƣỡng
năng lực sáng tạo của học sinh.
8. Phƣơng pháp Nghiên cứu
8.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
- Nghiên cứu các tài liệu về Tâm lí học, Lí luận dạy học, Các tài liệu
về phƣơng pháp dạy học bộ môn vật lí…
- Nghiên cứu SGK vật lí 10 và các tài liệu khoa học đề cập đến vấn
đề "Động lực học chất điểm"

4
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica.
8.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học và tìm
hiểu việc dạy tin học hiện nay ở các trƣờng trung học phổ thông Hà Nội.
- Điều tra thực tiễn hoạt động dạy giải bài tập vật lí và việc ứng dụng
công nghệ thông tin trong dạy học vật lý ở một số trƣờng THPT Hà Nội.
- Thực nghiệm sƣ phạm ở trƣờng THPH Nguyễn Trãi - Ba Đình, Hà Nội .
8.3. Phương pháp thống xử lý thông tin
Sử dụng thống kê toán để xử lý số liệu điều tra thực tế và thực
nghiệm sƣ phạm.
9. Đóng góp của đề tài
- Đề tài góp phần hoàn thiện lý luận và phƣơng pháp dạy học bậc THPH.
-Giúp giáo viên các biện pháp để sử dụng phần mềm toán học
Mathematica vào việc hƣớng dẫn học sinh giải bài tập vật lý chƣơng "Động

những khả năng gì trong hoặc sau khi học và bằng cách nào đảm bảo cho học
sinh đạt đƣợc những khả năng đó. Đó là một nhƣợc điểm cơ bản của kiểu dạy
học cũng. Nó hạn chế chất lƣợng và hiệu quả dạy học.
Trong mấy thập kỉ qua để khắc phục nhƣợc điểm của kiểu dạy học cũ,
trên thế giới những nhà nghiêm cứu lý luận dạy học, những nhà sƣ phạm
đã hình thành quan niệm về kiểu dạy học mà học sinh là trung tâm, chú ý là
những khả năng, những hành vi mà ngƣời học cần thể hiện ra đƣợc cần đạt
đƣợc trong hoặc sau khi học. Những khả năng này đƣợc xem là những kết
quả mà sự dạy học mang lại ở ngƣời học.
Sự khác biệt giữa các quan niệm truyền thống và cá quan niệm hiện
đại về dạy học đƣợc thể hiện rõ khi xem xét bản chất hành động của sự học

6
và chức năng của giáo viên trong sự tổ chức, kiển tra, định hƣớng hành
động học, cụ thể qua sự so sánh các quan niệm sau
a. Quan niệm về mục đích dạy học
Quan niệm truyền thống
(Giáo viên làm trung tâm)
Quan niệm hiện đại
(HS làm trung tâm)
Đào tạo trẻ em thành ngƣời lớn
thông qua những ngƣời lớn tuổi hơn,
những ngƣời hiểu biết, những hình
mẫu. Lí luận dạy học thiên về mệnh
lệnh, uy quyền
Xây dựng các chƣơng trình đào tạo
phù hợp với chủ thể, nhằm hình
thành các năng lực chuyên môn,
năng lực xã hội và cá nhân, khả
năng hành động. Lí luận dạy học

7
gồm định hƣớng mục đích học tập và
kiểm tra.
Các phƣơng pháp nặng về định
hƣớng hiệu quả truyền đạt
việc lập kế hoạch thực hiện và
đánh giá.
Dạy học theo hƣớng, giải quyết
vấn đề, định hƣớng hành động
chiếm ƣu thế.
d. Quan niệm về đánh giá
Quan niệm truyền thống
(Giáo viên làm trung tâm)
Quan niệm hiện đại
(HS làm trung tâm)
Kết quả học tập đƣợc đo và dự báo
với nhiều phƣơng pháp khác nhau.
Dạy học và đánh giá là hai phần
khác nhau của quá trình dạy học.
Chú trọng khả năng tái hiện tri thức
chính xác.
Không phải chỉ kết quả học tập mà
chính quá trình học tập mới là đối
tƣợng đánh giá chủ yếu. Học sinh
đƣợc tham gia vào quá trình đánh
giá. Chú trọng việc ứng dụng tri
thức trong các tình huống hành
động.

Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và của học

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 phát triển.
Có thể mô tả sự tƣơng tác dạy học bằng sơ đồ nhƣ sau : 9
Sơ đồ 1.1 Sự tương tác dạy học Hành động của giáo viên với tƣ liệu hoạt động dạy học là tổ chức tƣ
liệu và qua đó cung cấp tƣ liệu, tạo tình huống cho học sinh của học sinh.
Tác động của giáo viên tới học sinh là sự định hƣớng của giáo viên đối với
hoạt động của học sinh với tƣ liệu, định hƣớng của giáo viên với sự tƣơng
tác trao đổi giữa học sinh với nhau và qua đó định hƣớng cả sự cung cấp
những thông tin liên hệ ngƣợc từ phía học sinh cho giáo viên.
Hành động học của học sinh với tƣ liệu hoạt động dạy học là sự thích

tập vật lý sẽ giúp cho học sinh thấy đƣợc những ứng dụng quan trọng của
kỹ thuật muôn hình, muôn vẻ trong thực tiễn của các kiến thức đã học.
Vật lý học không phải chỉ tồn tại trong óc của chúng ta dƣới dạng
những mô hình trừu tƣợng do ta nghĩ ra, mà là sự phản ánh vào trong óc
chúng ta thực tế phong phú, sinh động. Tuy nhiên, các khái niệm, định luật
vật lý thì rất đơn giản, còn biểu hiện của chúng trong tự nhiên thì lại rất
phức tạp, bởi vì nhiều nguyên nhân đồng thời hay liên tiếp chồng chéo lên
nhau. Bài tập sẽ giúp luyện tập cho học sinh phân tích để nhận biết đƣợc

11
những trƣờng hợp phức tạp đó. Ví dụ: định luật thứ hai của Niutơn có dạng
rất đơn giản nhƣng qua bài tập, học sinh sẽ thấy đƣợc rằng định
luật này có thể áp dụng đẻ xác định chuyển động của tất cả các vật cực lớn
nhƣ các hành tinh, những vật chịu tác dụng c ủa một lực hay đồng thời của
nhiều lực.
Bài tập vật lý là một phƣơng tiện củng cố, ôn tập kiến thức sinh
động. Khi giải bài tập, học sinh phải nhớ lại các kiến thức đã học, có khi
phải sử dụng tổng hợp những kiến thức thuộc nhiều chƣơng, nhiều phần
của chƣơng trình.
1.2.2. 2. Bài tập có thể là điểm khởi đầu, để dẫn dắt đến kiến thức mới
Ở những lớp trên của bậc trung học phổ thong, với trình độ toán học
đã khá phát triển, nhiều khi các bài tập đƣợc sử dụng khéo léo có thể dẫn
học sinh đến những suy nghĩ về một hiện tƣợng mới hoặc xây dựng một
khái niệm mới để giải thích hiện tƣợng mới do bài tập phát hiện ra. Ví dụ:
Trong khi vận dụng định luật thứ hai của Niutơn để giải bài toán hai vật
tƣơng tác, có thể thấy một đại lƣợng luôn không đổi là tích của hai vật
tƣơng tác:
m
1
+ m

1.2.2.5. Giải bài tập vật lý góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh
Có nhiểu bào tập vật lý không chủ dừng lại trong phạm vi vận dụng
những kiến thức đã học mà còn giúp bồi dƣỡng cho học sinh tƣ duy sáng
tạo. Đặc biệt là những bà tập giải thích hiện tƣợng, bìa tập thí nghiệm, bìa
tập thiết kế dụng cụ rất có ích về mặt này.
1.2.2.6. Giải bài tập vât lý để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh
Bài tập vật lý cũng là một phƣơng tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ
nắm bắt kiến thức của học sinh. Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có
thể phân loại đƣợc các mức độ nắm vững kiến thức của học sinh, khiến cho
việc đánh giá chất lƣợng kiến thức của học sinh đƣợc chính xác.
1.2.3. Phân loại bài tập vật lý
Có nhiều cách phân loại BTVL theo nội dung; theo yêu cầu phát triển tƣ
duy; theo phƣơng thức cho điều kiện của bài toán hay theo phƣơng thức giải.
Mỗi đặc điểm khác nhau cho ta một cách phân loại bài tập.

13
1.2.3.1. Phân loại theo nội dung
- Phân loại theo đề tài vật lí: cơ, nhiệt, điện, quang.
- Phân loại theo bài tập có nội dung cụ thể hoặc trừu tƣợng
- Phân loại theo bài tập có nội dung lịch sử
- Phân loại bài tập kỹ thuật tổng hợp
1.2.3.2. Phân loại bài tập theo yêu cầu phát triển tư duy
- Bài tập luyện tập: là các bài tập mà việc giải chúng không đòi hỏi
tƣ duy sáng tạo của học sinh, chỉ yêu cầu học sinh nắm vững cách giải đối
với một loại bài tập nhất định đã đƣợc chỉ dẫn. Bài tập loại này đƣợc dùng
để rèn luyện học sinh sử dụng những công thức giải từng loại bài tập mẫu
xác định.
- Bài tập sáng tạo: là các bài tập dùng để phát triển tƣ duy học sinh,
việc giải bài tập loại này đòi hỏi tƣ duy sáng tạo của học sinh. Loại bài tập
này đƣờng lối giải thƣờng không rõ ràng, thƣờng che giấu các angôrit giải

dụng ƣu tiên hàng đầu sau khi học xong lý thuyết và trong khi luyện tập, ôn
tập về vật lý.
Bài tập định tính có thể là bài tập đơn giản, trong đó chỉ áp dụng một
định luật, một quy tắc, một phép suy luận lôgic.Ví dụ: Giải thích tại sau
thành ngoài của một cốc đựng nƣớc đá lại ƣớt, mặc dầu trƣớc khi đổ nƣớc
đá vào cốc, ta đã lau khô cốc.
Rất nhiều bài tập định tính có thể sử dụng
một hình vẽ đơn giản. Ví dụ: Máy chỉnh lƣu bán
dẫn dùng để chỉnh lƣu cả hai nửa chu kì một dòng
điện xoay chiều một pha đƣợc mắc theo sơ đồ
(Hình 1.1). Hãy chỉ rõ: dòng điện đã đƣợc chỉnh
lƣu cả hai nửa chu kỳ đi qua mạch nào và đƣờng
Hình 1.1

15
đi của dòng điện qua các đoạn mạch trong mỗi nửa chu kỳ của dòng điện
xoay chiều.
b. Bài tập tính toán
Bài tập tính toán là những bài tập mà muốn giải đƣợc chúng, ta phải
thực hiện một loạt các phép tính và kết quả thu đƣợc một đáp số định
lƣợng, tìm giá trị của một số đại lƣợng vật lý. Có thể chia bài tập tính toán
ra làm hai loại: bài tập tập dƣợt và bài tập tổng hợp.
b1. Bài tập tính toán tập dượt: Bài tập tính toán tập dƣợt là những bài tập
cơ bản, đơn giản, trong đó chỉ đề cập đến một hiện tƣợng, một định luật và
sử dụng một vài phép tính đơn giản. Những bài tập này có tác dụng củng cố
kiến thức cơ bản vừa học, làm cho học sinh hiểu rõ ý nghĩa của các định
luật và các công thức biểu diễn chúng, sử dụng các đơn vị vật lý và thói
quen cần thiết để giải những bài tập phức tạp hơn.
Ví dụ 1: sau khi học đề tài: “Lực trong chuyển động tròn đều”, giáo viên có
thể ra những bài tập dƣợt sau để luyện tập sử dụng các công thức:

trên đƣờng dốc mà từ đó thả một viên bi để nó có thể lăn theo đƣờng dốc
rồi vƣợt điểm cao nhất của đƣờng tròn mà không bị rơi. Coi nhƣ ma sát
không đáng kể, bán kính của đƣờng tròn là R”.
Ta thấy ngay rằng, xét về thực chất thì bài tập tính toán tổng hợp
cũng nhằm mục đích làm sáng tỏ nội dung vật lý của các định luật, quy tắc
biểu hiện dƣới dạng các công thức. Khi giải bải tập này, học sinh thƣờng áp
dụng máy móc các công thức mà không chú ý đến ý nghĩa vật lý của
chúng. Bởi vậy, giáo viên cần lƣu ý học sinh làm nổi bật yếu tố định tính
của bải tập này trƣớc khi đi vào lựa chọn các công thức và thực hiện các
phép tính toán.

Hình 1.2

17
c. Bài tập thí nghiệm
Bài tập thí nghiệm là bài tập đòi hỏi phải làm thí nghiệm để kiểm
chứng lời giải lý thuyết hoặc để tìm những số liệu cần thiết cho việc giải
bài tập. Những thí nghiệm này thƣờng là những thí nghiệm đơn giản có thể
làm ở nhà, với những dụng cụ đơn giản, dễ tìm hoặc tự làm đƣợc. Để giải
các bài tập thí nghiệm, đôi khi cũng cần đến những thí nghiệm đòi hỏi học
sinh phải phải tới phòng thí nghiệm vật lý của trƣờng phổ thông để thực
hiện, nhƣng dù sao cũng vẫn là những thí nghiệm đơn giản. Bài tập thí
nghiệm cũng có thể có dạng định tính hoặc định lƣợng.
Bài tập thí nghiệm có nhiều tác dụng tốt về cả ba mặt giáo dƣỡng,
giáo dục và giáo dục kỹ thuật tổng hợp, đặc biệt giúp làm sáng tỏ mối quan
hệ giữa lý thuyết và thực tiễn.
Ví dụ 1: Cầm đầu trên của một sợi cao su có một quả nặng buộc ở đầu
dƣới. Sợi dây cao su vẽ dãn ra hay co lại, nếu ta đột ngột nâng tay lên cao
hay hạ tay xuống thấp? Hãy làm thí nghiệm kiểm tra các dự đoán.
Ví dụ 2: Lấy chiếc kim ngắn cắm vào tâm một đĩa tròn bằng bìa phẳng,

Bài tập vật lý
Nội dung
Yêu cầu phát
triển tƣ duy
Phƣơng thức cho điều kiện
và phƣơng thức
Bài
tập
có
nội
dung
lịch
sử
BT có
nội
dung
cụ thể
hoặc
trừu
tƣợng



Bài
tập thí
nghiệm

Bài
tập
đồ
thị

Trắc
nghiệm
khách
quan
Cơ
Nhiệt
Điện
Quang

19
1.2.4. Phương pháp giải bài tập vật lý
1.2.4.1. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý
a.Định hướng hành động của học sinh giải bài tập vật lý
Muốn hƣớng dẫn học sinh giải một bài toán cụ thể nào đó thì dĩ nhiên
là giáo viên phải giải đƣợc bài toán đó, nhƣng nhƣ vậy chƣa đủ. Muốn cho
việc hƣớng dẫn giải bài toán đƣợc định hƣớng một cách đúng đắn giáo viên
phải phân tích đƣợc phƣơng pháp giải bài toán cụ thể, bằng cách vận dụng
những hiểu biết về tƣ duy logic giải bài toán vật lý để xem xét việc giải bài
toán cụ thể này. Mặt khác phải xuất phát từ mục đích sƣ phạm cụ thể của
việc cho học sinh giải bài toán để xác định kiểu hƣớng dẫn phù hợp. Nói