ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

LƢƠNG THỊ THANH NHÀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA
HƢỚNG DẪN HỌC SINH GIẢI BÀI TẬP PHẦN CHUYỂN
ĐỘNG CỦA HẠT MANG ĐIỆN TRONG ĐIỆN TRƢỜNG
VÀ TỪ TRƢỜNG
SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÍ 11 NÂNG CAO

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÍ


MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài……………….………………………………………………..…1
2. Lí do chọn đề tài…........................................................................................1
3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài......................................................................2
4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài....................................................................3
5. Đối tƣợng, khách thể nghiên cứu và mẫu khảo sát của đề tài.......................3
6. Vấn đề nghiên cứ.…..................................................................................... 4
7. Giả thuyết khoa học của đề tài......................................................................4
8. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài...............................................................4
9. Đóng góp của đề tài.......................................................................................5
10. Cấu trúc của Luận văn.................................................................................5
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN
1.1 Quan điểm hiện đại về dạy học…………………………………………...6
1.2 Phƣơng pháp dạy học tích cực………………………………………….10
1.2.1 Khái niệm……………………………………………………………10

2.1.1. Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường đều………47
2.1.2 Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường đều…………..48
2.1.3 Sự lệch của quĩ đạo của hạt mang điện trong điện trường và từ
trường………………………………………………………………………..51
2.2 Nội dung kiến thức trong chƣơng trình vật lí 11 nâng cao………………66
2.2.1. Vị trí phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường”
và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trường” trong chương
trình Vật lí 11 nâng cao………………………………………… 66
2.2.2 Nội dung kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học……...66


2. Thực trạng dạy học giải bài tập vật lí phần “Chuyển động của hạt mang
điện trong điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng”
lớp 11 nâng cao…………………………………………………………….. 72
2.3.1 Mục đích điều tra……………………………………………………73
2.3.2 Phương pháp điều tra……………………………………………….73
2.3.3 Kết quả điều tra……………………………………………………...74
2.4 Xây dựng hệ thống bài tập phần “Chuyển động của hạt mang điện trong
điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng”………..77
2.4.1 Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập vật lí……………….……77
2.4.2 Hệ thống bài tập…………………………………………………… 77
2.5

Hƣớng dẫn học sinh giải bài tập phần “Chuyển động của hạt mang điện

trong điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng” lớp
11 nâng cao có sử dụng phần mềm Mathematica……………………………85
2.5.1

Phương pháp……………………………………………………. 85

THPT
TN

: Bài tập
: Bài tập Vật lí
: Công nghệ thông tin
: Đối chứng
: Đại học quốc gia
: Giáo viên
: Học sinh
: Nhà xuất bản
: Phƣơng pháp dạy học
: Quan điểm dạy học
: Sách giáo khoa
: Thiết bị dạy học
: Trung học phổ thông
: Thực nghiệm.

1


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ sáng tạo. Đất
nƣớc ta đang bƣớc vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Viễn cảnh sôi
động, tƣơi đẹp, nhƣng cũng nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục và Đào
tạo phải có những đổi mới căn bản, mạnh mẽ, vƣơn tới ngang tầm với sự phát
triển chung của thế giới và khu vực. Sự nghiệp giáo dục đào tạo phải góp phần
quyết định vào việc bồi dƣỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho thế hệ trẻ.
Giáo dục cần đào tạo con ngƣời đáp ứng đƣợc những đòi hỏi của thị

mềm đƣợc sử dụng là một công cụ mạnh trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật
cũng nhƣ trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo và đã đƣợc rất nhiều nƣớc đang
sử dụng. Mathematica là một trong những phần mềm đó.
Từ những lí do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm Mathematica
trong dạy học về bài tập Vật lí nhằm nâng cao chất lƣợng dạy học Vật lí ở
trƣờng THPT, tôi đã chọn đề tài Sử dụng phần mềm Mathematica hướng dẫn
học sinh giải bài tập phần Chuyển động của hạt mang điện trong điện trường
và từ trường sách giáo khoa Vật lí 11 nâng cao làm đề tài nghiên cứu.
2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
Vận dụng lí luận về giải bài tập Vật lí, soạn thảo hệ thống bài tập và tổ
chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm
Mathematica thuộc các phần “Chuyển động của hạt mang điện trong điện
trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng” sách giáo khoa
Vật lí 11 nâng cao, góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài
Để đạt đƣợc mục tiêu đề ra, chúng tôi xác định đề tài có những nhiệm
vụ sau:
- Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về dạy học, nghiên cứu cơ sở lí
luận về giải bài tập Vật lí, nghiên cứu phần mềm Mathematica.
3


- Nghiên cứu nội dung và phân phối chƣơng trình các kiến thức phần
“Chuyển động của hạt mang điện trong điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt
mang điện trong từ trƣờng” và các tài liệu liên quan nhằm xác định đƣợc mức
độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng học sinh cần nắm vững.
- Tìm hiểu thực tế dạy học phần “Chuyển động của hạt mang điện trong
điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ trƣờng” nhằm phát
hiện những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai lầm phổ biến của
học sinh. Từ đó, thử đề xuất nguyên nhân của các khó khăn, sai lầm đó và nêu

- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lí học, về lí luận dạy học nói chung và
tài liệu về lí luận dạy học vật lí nói riêng có liên quan đến đề tài, lí luận về dạy
giải bài tập Vật lí dùng làm cơ sở định hƣớng cho quá trình nghiên cứu.
- Nghiên cứu các nội dung kiến thức cơ bản phần “Chuyển động của hạt
mang điện trong điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ
trƣờng” lớp 11 nâng cao nhằm định hƣớng cho việc thực hiện mục đích
nghiên cứu.
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Mathematica.
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Tìm hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học và
tìm hiểu việc dạy và học tin học hiện nay ở các trƣờng trung học phổ thông.
- Điều tra thực tế dạy và học các kiến thức phần “Chuyển động của hạt
mang điện trong điện trƣờng” và “Chuyển động của hạt mang điện trong từ
trƣờng” lớp 11 nâng cao, đặc biệt trong các giờ bài tập và tự chọn: xem giáo
án, trao đổi với giáo viên và học sinh, phát phiếu điều tra cho giáo viên đang
dạy môn Vật lí lớp 11 ở 3 trƣờng THPT Hồng Quang, THPT Nguyễn Du và
THPT Chuyên Nguyễn Trãi- tỉnh Hải Dƣơng.
- Thực nghiệm sƣ phạm ở trƣờng THPT Hồng Quang để đánh giá tính
khả thi, hiệu quả của hệ thống bài tập vật lí đƣợc sử dụng phần mềm
Mathematica so với không sử dụng phần mềm để giải, từ đó hoàn thiện hơn
các dạng bài tập có thể giải bằng phần mềm Mathematica.
5


7.3. Phương pháp xử lí thông tin
Sử dụng thống kê toán học để xử lí số liệu điều tra thực tế và thực
nghiệm sƣ phạm.
8. Đóng góp của đề tài
- Đề tài góp phần hoàn thiện lí luận và phƣơng pháp dạy học Vật lí bậc
THPT

bảo cho học sinh đạt đƣợc những khả năng đó. Đó là một nhƣợc điểm cơ bản
của kiểu dạy học cũ. 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 đã hình thành quan niệm về kiểu dạy học mà 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 mang lại ở ngƣời học.
Sự khác biệt giữa các quan niệm truyền thống và các quan niệm hiện đại
về dạy học đƣợc thể hiện rõ khi xem xét bản chất hành động của sự học và
chức năng của giáo viên trong sự tổ chức, kiểm tra, định hƣớng hành động
học, cụ thể qua sự so sánh các quan niệm sau:

7


Quan niệm về mục đích dạy học
Quan niệm truyền thống

Quan niệm hiện đại

(GV làm trung tâm)

(HS làm trung tâm)

Đào tạo trẻ em thành ngƣời lớn thông Xây dựng các chƣơng trình đào tạo
qua những ngƣời lớn tuổi hơn, những phù hợp với chủ thể nhằm hình
ngƣời hiểu biết, những hình mẫu. Lí thành các năng lực chuyên môn,
luận dạy học thiên về mệnh lệnh, uy năng lực xã hội và cá nhân, khả
quyền.



Các phƣơng pháp truyền thụ và thông Giờ học là sự phối hợp hoạt động
báo chiếm ƣu thế, trong đó bao gồm của ngƣời dạy và ngƣời học trong
định hƣớng mục đích học tập và kiểm việc lập kế hoạch, thực hiện và
tra. Các phƣơng pháp nặng về định đánh giá. Dạy học theo hƣớng giải
hƣớng hiệu quả truyền đạt.

quyết vấn đề, định hƣớng hành
động chiếm ƣu thế.

8


Quan niệm về đánh giá
Quan niệm truyền thống

Quan niệm hiện đại

(GV làm trung tâm)

(HS làm trung tâm)

Kết quả học tập đƣợc đo và dự báo với Không phải chỉ kết quả học tập mà
nhiều phƣơng pháp khác nhau. Dạy chính quá trình học tập mới là đối
học và đánh giá là hai thành phần khác tƣợng đánh giá chủ yếu. Học sinh
nhau của quá trình dạy học. Chú trọng đƣợc tham gia vào quá trình đánh
khả năng tái hiện chính xác tri thức.

giá. Chú trọng việc ứng dụng tri
thức trong các tình huống hành

viên)- Ngƣời học (Học sinh)- Tƣ liệu hoạt động dạy học (Môi trƣờng) thì giáo
viên là ngƣời tổ chức, kiểm tra, định hƣớng hành động của học sinhtheo một
chiến lƣợc hợp lí 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:
Sơ đồ 1.1 Sự tƣơng tác dạy học
Định hƣớng

Học
sinh

Giáo
viên
Liên hệ ngƣợc

Tổ
chức

Liên hệ
ngƣợc

Thích
ứng

Cung cấp
tƣ liệu tạo
tình
huống


Dạy học thay vì lấy “dạy” làm trung tâm sang lấy “học” làm trung tâm.
Trong phƣơng pháp tổ chức, ngƣời học – đối tƣợng của hoạt động dạy đồng
thời là chủ thể của hoạt động “học” đƣợc cuốn hút vào các hoạt động học tập
do giáo viên tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó tự lực khám phá những điều
mình chƣa rõ, chƣa có chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức đã
đƣợc giáo viên sắp đặt.

11


1.2.2.2 .Dạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự
học của học sinh
Phƣơng pháp dạy học tích cực xem việc rèn luyện phƣơng pháp học tập
cho học sinh không chỉ là một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học mà còn là
một mục tiêu dạy học.
Trong xã hội hiện đại đang biến đổi nhanh, với sự bùng nổ thông tin khoa
học, kĩ thuật, công nghệ phát triển nhƣ vũ bão thì cần phải rèn luyện cho học
sinh phƣơng pháp tự học, không thể nhồi nhét vào đầu học sinh khối lƣợng
kiến thức ngày càng nhiều.
Trong các phƣơng pháp học thì cốt lõi là phƣơng pháp tự học. Nếu rèn
luyện cho học sinh có đƣợc phƣơng pháp, kĩ năng, thói quen, ý chí tự học thì
sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi con ngƣời, kết
quả học tạp nhờ đó mà đƣợc nhân lên gấp bội.
1.2.2.3 Dạy học phân hóa kết hợp với hợp tác.
Trong một lớp học trình độ kiến thức, tƣ duy của học sinh thƣờng không
đồng đều, vì vậy khi áp dụng phƣơng pháp dạy học tích cực buộc phải chấp
nhận sự phân hóa về cƣờng độ, mức độ, tiến độ hoàn thành nhiệm vụ học tập,
nhất là khi các bài học đƣợc thiết kế thành một chuỗi hoạt động độc lập. Áp
dụng phƣơng pháp dạy học tích cực ở trình độ càng cao thì sự phân hóa này
càng lớn.

hoạt động học tập.

4. Giáo viên cố gắng truyền đạt hết

4. Giáo viên huy động vốn kiến thức và

những kiến thức và kinh nghiệm

kinh nghiệm của học sinh để xây dựng

của mình để hoàn thành bài giảng

kiến thức

5. Giao tiếp Thầy-trò nổi lên hàng

5. Quan hệ thầy –trò, trò- trò, hợp tác

đầu

với bạn

6. Học sinh trả lời theo sách giáo

6. Khuyến khích học sinh nêu những ý

khoa và theo vở ghi.

kiến các nhân về những vấn đề đang
học


13


1.3. Tiến trình khoa học giải quyết vấn đề
Có thể mô tả khái quát các pha của tiến trình khoa học giải quyết vấn
đề, xây dựng một kiến thức Vật lí mới nào đó bằng sơ đồ sau: đề xuất vấn đềbài toán→suy đoán giải pháp và thực hiện giải pháp (khảo sát lí thuyết và/
hoặc thực nghiệm)→kiểm tra, vận dụng kết quả.
1.3.1. Pha thứ nhất: Đề xuất vấn đề- bài toán
Từ cái đã biết và nhiệm vụ cần giải quyết nảy sinh nhu cầu về một cái
còn chƣa biết, về một cách giải quyết không có sẵn, nhƣng hi vọng có thể tìm
tòi, xây dựng đƣợc. Diễn đạt nhu cầu đó thành một vấn đề- bài toán.
1.3.2 Pha thứ hai: Suy đoán giải pháp, thực hiện giải pháp
1.3.2.1 Suy đoán giải pháp: Để giải quyết vấn đề đặt ra, suy đoán điểm xuất
phát cho phép đi tìm lời giải: chọn hoặc đề xuất mô hình có thể vận hành đƣợc
để đi tới cái cần tìm; hoặc phỏng đoán các biến cố thực nghiệm có thể xảy ra
mà nhờ đó có thể khảo sát thực nghiệm để xây dựng cái cần tìm.
1.3.2.2. Thực hiện giải pháp (khảo sát lí thuyết và/ hoặc thực nghiệm): Vận
hành mô hình rút ra kết luận logic về cái cần tìm và/ hoặc thiết kế phƣơng án
thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu lƣợm các dữ liệu cần thiết và xem
xét, rút ra kết luận về cái cần tìm.
1.3.3. Pha thứ ba: Kiểm tra, vận dụng kết quả
Xem xét khả năng chấp nhận đƣợc của các kết quả tìm đƣợc, trên cơ sở
vận dụng chúng để giải thích/ tiên đoán các sự kiện và xem xét sự phù hợp của
lí thuyết và thực nghiệm. Xem xét sự cách biệt giữa kết luận có đƣợc nhờ suy
luận lí thuyết, với kết luận có đƣợc từ các dữ liệu thực nghiệm để quy nạp
chấp nhận kết quả tìm đƣợc khi có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực nghiệm,
hoặc để xét lại, bổ sung, sửa đổi đối với thực nghiệm hoặc đối với sự xây dựng
và vận hành điều kiện xuất phát, khi chƣa có sự phù hợp giữa lí thuyết và thực
nghiệm, nhằm tiếp tục tìm tòi xây dựng cái cần tìm.

viên giúp học sinh nắm đƣợc phƣơng pháp chiếm lĩnh kiến thức, phƣơng pháp
15


hoạt động học tập (nhận thức) cũng nhƣ phƣơng thức hoạt động trong cuộc
sống xã hội. Qua việc tự giành lấy kiến thức ở học sinh hình thành phát triển
năng lực hoạt động trí tuệ, năng lực giải quyết vấn đề. Nói cách khác, học sinh
phát triển trong hoạt động và học tập diễn ra trong hoạt động. Chính vì lẽ đó,
học sinh cần phải đƣợc huấn luyện ngay từ khâu xây dựng kiến thức cho đến
khâu vận dụng nó vào thực tế.
Giải bài tập vật lí là một trong những hình thức luyện tập chủ yếu và
đƣợc tiến hành nhiều nhất. Do vậy, các bài tập vật lí có tác dụng cực kì quan
trọng trong việc hình thành rèn luyện kĩ năng kĩ xảo vận dụng và tìm tòi kiến
thức cho học sinh. Chúng đƣợc sử dụng trong các tiết học theo các mục đích
khác nhau:
- Hình thành và rèn luyện kĩ năng kĩ xảo, vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
- Hình thành kiến thức mới (kể cả cung cấp những kiến thức thực tiễn).
- Ôn tập những kiến thức đã học, củng cố những kiến thức cơ bản của
bài giảng.
- Phát triển tƣ duy vật lí.
Trong thực tiễn dạy học, tƣ duy vật lí thƣờng đƣợc hiểu là “kĩ năng
quan sát các hiện tƣợng vật lí, phân tích một hiện tƣợng phức tạp thành những
bộ phận thành phần và xác lập ở trong chúng những mối liên hệ giữa các mặt
định tính và định lƣợng của các hiện tƣợng và của các đại lƣợng vật lí, đoán
trƣớc hệ quả từ các lí thuyết và áp dụng đƣợc kiến thức của mình. Trong quá
trình giải quyết các tình huống cụ thể nêu lên trong bài tập, học sinh phải vận
dụng các thao tác tƣ duy để tìm hiểu, giải quyết vấn đề và rút ra kết luận cần
thiết. Nhờ thế, tƣ duy đƣợc phát triển và năng lực làm việc tự lực của học sinh
đƣợc nâng cao.
- Kiểm tra, đánh giá kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo, đặc biệt là giúp phát


tiết học

tại lớp

Giải ở lớp

các bài tập các bài tập

Hình thành kiến Củng
thức mới

Ra về nhà

cố

đã ra về
nhà.

b) Dạy cho học sinh biết vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề đặt ra,
rèn cho học sinh kĩ năng giải những bài toán cơ bản.
c) Coi trọng việc phát triển tư duy.

17


1.4.3.2. Phân loại bài tập vật lí
Có nhiều cách để phân loại bài tập vật lí: 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.

- Bài tập thí nghiệm
- Bài tập đồ thị: gồm: loại bài tập khai thác đồ thị rút ra những dữ liệu;
loại bài tập dùng dữ liệu bài tập để xây dựng bài tập; loại bài tập dùng đồ thị
để giải.
- Bài tập trắc nghiệm khách quan.
Sơ đồ 1.2 Sơ đồ phân loại bài tập vật lí
Bài tập vật lí
Yêu cầu phát
triển tƣ duy

Nội dung

Bài tập
có nội
dung
lịch sử

Đề
tài
vật
lí

Bài tập có
nội dung
cụ thể
hoặc trừu
tƣợng

Cơ



Bài tập
thí
nghiệm

Bài
tập
đồ
thị

Bài tập
trắc
nghiệm
khách
quan

Quang

1.4.3.3 Lựa chọn bài tập vật lí
a) Căn cứ
Khi lựa chọn bài tập vật lí cần phải dựa trên các căn cứ sau:
- Mục đích sử dụng
- Trình độ xuất phát của học sinh
- Thời gian cho phép sử dụng
b) Yêu cầu
Số lƣợng và nội dung bài tập đƣợc lựa chọn cần đáp ứng các yêu cầu sau:
19


- Phù hợp với mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng giải bài tập.


vận dụng những hiểu biết về tƣ duy logic giải bài tập vật lí để xem xét việc
giải bài tập 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. Ta có
thể minh họa bằng một sơ đồ dƣới đây:
Sơ đồ 1.3 Sơ đồ định hƣớng hành động của học sinh
Tƣ duy giải bài
tập vật lí

Phân tích phƣơng pháp giải
bài tập cụ thể
Phƣơng pháp hƣớng
dẫn giải bài toán cụ
thể

Mục đích sƣ
phạm

Xác định kiểu hƣớng dẫn

b) Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lí
 Hướng dẫn theo mẫu (Hướng dẫn algorit)
Sự hƣớng dẫn hành động theo mẫu đã có thƣờng đƣợc gọi là hƣớng dẫn
algorit. Ở đây thuật ngữ algorit đƣợc dùng với nghĩa là một quy tắc hành động
đƣợc xác định một cách rõ ràng, chính xác và chặt chẽ, trong đó chỉ cần chỉ rõ
thực hiện những hành động nào và theo trình tự nào để đi đến kết quả. Hƣớng
dẫn theo mẫu algorit là sự hƣớng dẫn chỉ rõ cho học sinh những hành động cụ thể
cần thực hiện và trình tự thực hiện các hành động đó để đạt kết quả mong muốn.
Kiểu hƣớng dẫn algorit không đòi hỏi học sinh phải tự mình tìm tòi xác
định các hành động cần thực hiện để giải quyết vấn đề đặt ra mà chỉ đòi hỏi