ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ HOÀNG MƠ

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
CHƯƠNG " CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN "- VẬT LÍ 10
VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ

HÀ NỘI - 2014


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

NGUYỄN THỊ HOÀNG MƠ

XÂY DỰNG VÀ HƯỚNG DẪN GIẢI BÀI TẬP
CHƯƠNG " CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" - VẬT LÍ 10
VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN MỀM MATHEMATICA

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 01 11

Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Tôn Tích Ái

HÀ NỘI - 2014



DANH MỤC VIẾT TẮT
ĐC

Đối chứng

GV

Giáo viên

HS

Học sinh

TN

Thực nghiệm

TNSP

Thực nghiệm sư phạm

THPT

Trung học phổ thông

CNTT

Công nghệ thông tin

1.1.1. Bản chất của quá trình dạy học .......................................................................... 4
1.1.2. Các nhiệm vụ của quá trình dạy học .................................................................. 4
1.1.3. Phương pháp dạy học ........................................................................................ 5
1.2. Cơ sở lí luận về dạy giải bài tập vật lý phổ thông ................................................. 6
1.2.1. Khái niệm về bài tập vật lý ................................................................................ 6
1.2.2. Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý ............................................... 7
1.2.3. Phân loại bài tập vật lí ....................................................................................... 8
1.2.4. Lựa chọn bài tập vật lí ..................................................................................... 12
1.2.5. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí ........................................................... 13
1.2.6. Những yêu cầu chung trong dạy học về bài tập vật lí ...................................... 16
1.3. Vai trò, ý nghĩa của Công nghệ thông tin trong dạy học .................................... 17
1.3.1. Dạy và học theo quan điểm CNTT .................................................................. 17
1.3.2. CNTT với vai trò PTDH, TBDH .................................................................... 18
1.4. Vài nét chính về Mathematica ............................................................................ 18
1.4.1. Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính ............................................ 18
1.4.2. Vẽ đồ thị ......................................................................................................... 19
1.4.3. Mathematica là ngôn ngữ lập trình .................................................................. 20
1.4.4. Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học .................................... 21
1.4.5. Mathematica là môi trường tính toán ............................................................... 21
1.4.6. Các lệnh trong Mathematica ............................................................................ 22
1.4.7. Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số .............................. 22
iii


1.4.8. Đồ họa trong Mathematica ............................................................................. 25
Kết luận chương 1 .................................................................................................... 33
Chương 2: XÂY DỰNG HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG
DẠY HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦN MỀM
MATHEMATICA VÀO CHƯƠNG " CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN" SGK VẬT
LÍ 10 THPT..................................................................................................... 34


vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Sơ đồ mô tả đặc điểm của phương pháp dạy học .......................................... 4
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại bài tập vật lí ........................................................................ 9
Hình 1.3: Đồ thị hàm Cos(xy) dưới dạng 3D ............................................................. 20
Hình 1.4: Đồ thị hàm 1+sin(2t) trong hệ tọa độ cực. .................................................. 20
Hình 1.5: Đồ thị hàm số f(x)= 4x^3+6x^2-9x+2 ....................................................... 25
Hình 1.6: Đồ thị hàm f(x), g(x), h(x).......................................................................... 27
Hình 1.7 : Đồ thị hàm y(x) với x= sint ; y=sin2t................................ 28
Hình 1.8. Đồ thị hàm hai biến ba chiều f(x,y) = x2/4 +y2/16 trên đoạn [-5,5]. .......... 28
Hình 1.9 : Đồ thị tham số : x=cost, y=sint, z=t/5 trong khoảng biến thiên của t từ : 0,
8Pi ............................................................................................................................. 29
Hình 1.10 : Đồ thị tham số x=tcos2t, y=tsin2t, z=t/5 trong khoảng biến thiên của t từ : 0,
8Pi ......................................................................................................................... 29 Hình
1.11: Đồ thị động sóng hình Sin........................................................................ 31 Hình
1.12: Đồ thị đường xoắn ốc động ...................................................................... 31
Hình 2.1. Vectơ động lượng p.................................................................................... 34 ⃗
Hình 2.2. Hình vẽ hệ kín gồm 3 chất điểm ................................................................. 35


Hình 2.3. Chất điểm khối lượng m chịu tác dụng của một lực F chuyển dời từ vị trí 1
sang vị trí 2................................................................................................................ 37
Hình 2.4. Chất điểm chuyển động từ vị trí M đến vị trí N bất kỳ................................ 39
Hình 2.5. Sơ đồ cấu trúc nội dung chương "Các định luật bảo toàn".......................... 45
Hình 2.6. Sơ đồ phân loại bài tập chương "Các định luật bảo toàn" vật lý.................. 53
Hình 2.7. Hình cho bài 14.......................................................................................... 58
Hình 2.8. Hình cho bài 15.......................................................................................... 58

thong. Vật lí không chỉ là một môn học rất hay, được nhiều học sinh yêu thích mà nó còn
là một môn khoa học tự nhiên được xếp vào loại môn học khó đối với học sinh. Để học
tốt vật lí học sinh vừa phải nắm vững những kiến thức lý thuyết bao gồm: Những hiện
tượng vật lý, những qui luật, định luật vật lý, những công thức, những phương trình vật
lý vừa phải biết cách vận dụng linh hoạt những kiến thức lý thuyết vào việc giải các bài
tập vật lý.
Dạy giải bài tập vật lý phổ thông là một trong những học phần bắt buộc trong
chương trình đào tạo sinh viên các trường sư phạm. Hiện nay, sách tham khảo cho
giáo viên và học sinh phổ thông về các bài tập vật lý rất nhiều, nhưng sách hướng dẫn
giáo viên dạy cho học sinh kĩ năng phân tích hiện tượng vật lý để giải quyết các bài tập vật
lý trong chương trình vật lý phổ thông còn rất thiếu. Mà việc rèn luyện cho học sinh biết
cách giải bài tập một cách khoa học, đảm bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một
việc rất cần thiết. Nó không những giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện
kỹ năng suy luận logic, làm việc một cách khoa học, có kế hoạch. Với cương vị là một
giáo viên dạy môn vật lý ở trường THPT tôi rất quan tâm đến vấn đề này.
Bên cạnh đó việc vận dụng thành tựu của công nghệ thông tin cùng với các phần
mềm vào giảng dạy nhắm đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông là một tất
yêu để nâng cao chất lượng dạy học. Mathematica có những ưu thế trong việc mô phỏng
các hiện tượng khoa học và kỹ thuật khác nhau, có đồ họa đa chức năng và sinh động,
thân thiện và dễ sử dụng. Mathematica có khả năng ứng dụng cao trong vật lý và có thể
được xem là một lựa chọn thích hợp để sử dụng như một phần bổ trợ cho việc giảng dạy
bài tập vật lý phổ thông.
1


Xuất phát từ những vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài: "Xây dựng và hướng
dẫn giải bài tập chương " Các định luật bảo toàn" Vật lý 10 với sự hỗ trợ của
phần mềm Mathematica".
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng lý luận dạy học hiện đại về giảng dạy bài tập vật lý, soạn thảo hệ thống

phần mềm Mathematica để giải thì khi vận dụng hệ thống bài tập đó vào dạy học Vật lý
sẽ giúp học sinh ôn tập củng cố kiến thức và bồi dưỡng được tính tự chủ, năng lực sáng
tạo của học sinh.
7. Phương pháp nghiên cứu
7.1. Nghiên cứu lí luận
- Nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, về lý luận dạy học nói chung và tài liệu về lý
luận dạy học vật lý nói riêng có liên quan đến đề tài.
- Nghiên cứu chương trình, nội dung sách giáo khoa, sách giáo viên, xác định mức độ
nội dung các kiến thức mà học sinh cần nắm vững.
- Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica.
7.2. Nghiên cứu thực tiễn
- Tìm hiểu việc giáo viên sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở trường
THPT.
- Điều tra thực tế dạy và học kiến thức chương "Các định luật bảo toàn "ở trường
THPT hiện nay.
7.3 Nhóm phương pháp xử lý thông tin
Định lượng, định tính, thống kê và phân tích thống kê.
8. Đóng góp của đề tài
- Đề tài góp phần hoàn thiện lý luận và phương pháp dạy học Vật Lý.
- Xây dựng hệ thống bài tập đảm bảo tính hệ thống, khoa học theo các mức độ nhận
thức: nhận biết, hiểu, vận dụng.
- Giúp giáo viên các biện pháp để sử dụng phần mềm toán học Mathematica vào dạy học
giải bài tập Vật Lý chương "Các định luật bảo toàn" thành công.
9. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, luận văn được trình bày
trong ba chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận của đề tài.
Chương 2: Xây dựng hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài
tập có sử dụng phần mềm Mathematica vào chương : "Các định luật bảo toàn" SGK
Vật lí 10.

được những tài sản văn hóa và phát triển tài sản đó ở thế hệ mình. Điều đó biểu hiện những
năng lực được kết tinh trong các yếu tố văn hóa. Hoạt động của con người vô cùng đa
dạng và phức tạp, đặc trưng cho các nghề nghiệp và chuyên môn khác nhau. Vì thế
trước khi lý luận dạy học xuất hiện, một vấn đề được đặt ra là cần tìm ra những cái
chung, phân biệt các yếu tố văn hóa cần thiết mà thế hệ trẻ cần chiếm lĩnh để trở thành
con người có văn hóa. Trên cơ sở đó, thực tế đặt ra những nhiệm vụ dạy học và
4


tổ chức những hoạt động học tập để rèn luyện giáo dục đảm bảo cho người học chiếm
lĩnh nội dung văn hóa đó.
1.1.3.Phương pháp dạy học
Phương pháp dạy học là tổ hợp các cách thức hoạt động, tương tác giữa thầy và
trò trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học. Phương pháp dạy học là
một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình dạy học và luôn là trung tâm chú
ý của các nhà giáo dục trên thế giới. [10]
Phương pháp là hình thức tự vận động bên trong của nội dung, nên cùng với sự
biến đổi của nội dung, phương pháp dạy học cũng đang được đổi mới theo hướng hiện đại
hóa. Việc đổi mới phương pháp dạy học đòi hỏi phải tìm kiếm phương pháp dạy học
mới và cải tiến các phương pháp cổ truyền cho phù hợp với nội dung hiện đại, theo
hương nâng cao tính tích cực, độc lập, sáng tạo, nâng cao năng lực nội sinh của người
học, nhằm đổi mới cách điều khiển quá trình dạy học và đưa công nghệ hiện đại
vào trong nhà trường. Cụ thể là các phương pháp dạy học phải hướng tới mục tiêu:
- Góp phần hình thành động cơ nhận thức, các phương pháp nhận thức. Bồi dưỡng
cho HS phương pháp tự học, tự khám phá để chiếm lĩnh tri thức.
- Nhằm nâng cao tính tích cực, độc lập, sáng tạo và phát huy năng lực vận dụng tri
thức vào thực tiễn cho HS.
Trong bối cảnh nền kinh tế thị trường, mở cửa, hội nhập và phát triển nền kinh tế tri
thức, việc cạnh tranh trên lĩnh vực "trí tuệ" đang diễn ra gay gắt thì cách đào tạo con
người có trí tuệ, giàu tính sáng tạo càng có ý nghĩa đặc biệt quan trọng. Các phương

của GV

Phương tiện
của HS

H
ì
n
h
1
.
1
.
S
ơ
đ
ồ
m
ô
t
ả
đ
ặ
c
đ
i
ể
m
c
ủ

hoạt động
học. Có
nghĩa là mục
đích của
người giáo
viên đề ra và
tiến hành
một hệ thống
hành động
cùng với
những
phương tiện
mà GV có để
tác động tới
người học để
người học tự
đề ra mục
đích học tập
của mình. Từ
mục đích
học tập đó
người học sẽ
thực hiện
một hệ thống
hành động

cùng với

chức hoạt


được mục

à

kiến thức

HS, đảm

tiêu đề ra.

i

đáp ứng mục

bảo cho

1

tiêu học tập.

HS lĩnh

.

t

hội nội

2



thảo luận về

khác,

phương

phương

s

pháp gắn

pháp dạy

ở

liền với

học

việc tổ

hoạch

l

chức tình

định sự


n

Trong

h

nhận thức
của HS.

tiến trình

Tóm

này, giáo

lại, phương

viên tổ

pháp dạy

chức

học là

hoạt

những hành


ề

g

d

1

ạ

.

y

2
.

g

1

i

.


lý ở trường
K

phổ thông.


v

cho học sinh

ề

khả năng
vận dụng

b

kiến thức

à

vào thực

i

tiễn. Hoạt
động giải bài

t

tập vật lí

ậ

không


tập vật lý có

phát hiện ra

một ý nghĩa

kiến thức

đặc biệt quan

6

trọng trong
dạy học vật


mới, qua đó tạo cơ sở cho tính tự lực, tích cực trong học tập của học sinh. Bài tập vật lí
được hiểu là một vấn đề được đặt ra đòi hỏi phải giải quyết bằng những suy luận lôgic,
phép toán và thí nghiệm trên cơ sở các khái niệm, các thuyết, các định luật vật lý.
Theo nghĩa rộng bài tập vật lí được hiểu là vấn đề xuất hiện do nghiên cứu tài liệu
giáo khoa chính là bài tập đối với học sinh. Sự tư duy, tìm tòi, giải quyết vấn đề gặp phải
đó là học sinh đã giải bài tập vật lí.
1.2.2. Tác dụng của bài tập vật lý trong dạy học vật lý
Mục tiêu của dạy học vật lí ở trường phổ thông là phải đảm bảo trang bị đầy đủ
cho học sinh những kiến thức phổ thông cơ bản, hiện đại, làm cho học sinh có thể vận
dụng những kiến thức đó để giải quyết nhiệm vụ học tập. Để đạt được những nhiệm vụ
trên đòi hỏi học sinh phải được rèn luyện một cách thường xuyên, kết hợp nhiều
phương pháp. Bài tập vật lí là một trong những phương pháp được vận dụng có hiệu quả
trong dạy học vật lí. Nó có một tầm quan trọng đặc biệt góp phần vào việc hoàn thành

- Giải bài tập vật lí góp phần làm phát triển tư duy sáng tạo của học sinh.
Có nhiều bài tập vật lí không chỉ dừng lại trong phạm vi vận dụng kiến thức đã học mà
còn giúp bồi dưỡng cho học sinh tư duy sáng tạo. Đặc biệt là những bài tập giải thích
hiện tượng, bài tập thí nghiệm, bài tập thiết kế dụng cụ rất có ích về mặt này. - Giải bài
tập vật lí để kiểm tra mức độ nắm vững kiến thức của học sinh.
Bài tập vật lí cũng là một phương tiện có hiệu quả để kiểm tra mức độ nắm vững kiến
thức của học sinh. Tùy theo cách đặt câu hỏi kiểm tra, ta có thể phân loại được các mức
độ nắm vững kiến thức của học sinh, khiến cho việc đánh giá chất lượng kiến thức của
học sinh được chính xác.
1.2.3. Phân loại bài tập vật lí
Có nhiều cách phân loại BTVL dựa trên các cơ sở khác nhau. Trong nghiên cứu
của mình, tôi phân loại BTVL theo nội dung; theo yêu cầu phát triển tư duy; theo
phương thức cho điều kiện của bài toán hay theo phương thức giải. Trên cơ sở đó tôi có
bảng phân loại BTVL (xem hình 1.2) [10].

8


SƠ ĐỒ PHÂN LOẠI BÀI TẬP VẬT LÝ

Phân loại theo nội dung

Bài
tập
vật
lí

Bài tập
có nội
dung lịch

luyện tập

Bài tập
sáng tạo

Phân loại theo phương thức
cho điều kiện và phương
thức giải

Bài tập
định tính

Bài tập
định
lượng

Bài tập
đồ thị

Hình 1.2. Sơ đồ phân loại bài tập vật lí

9

Bài tập
thí
nghiệm

Bài tập
trắc
nghiệm

Là các bài tập có sử dụng các dữ kiện, hiện tượng kì lạ hoặc vui, dí dỏm, hài
hước. Loại bài tập này sẽ làm cho tiết học thêm sinh động, hấp dẫn, từ đó nâng cao hứng
thú học tập của học sinh.
1.2.3.2. Phân loại BTVL theo phương thức cho điều kiện hoặc phương thức giải
- Bài tập định tính
10


Là những bài tập mà khi giải, học sinh chỉ phải thực hiện các phép tính đơn
giản, có thể tính nhẩm được. Muốn giải được những bài tập loại này học sinh phải thực
hiện những phép suy luận lôgic, do đó phải hiểu rõ bản chất của các khái niệm, định luật
vật lý và nhận biết được những biểu hiện của chúng trong các trường hợp cụ thể. Loại
bài tập này dùng để vận dụng kiến thức vào đời sống, sản xuất. Nó thường được dùng
làm bài tập mở đầu nghiên cứu tài liệu mới, giúp học sinh nắm vững bản chất vật lí của
các hiện tượng, tạo sự say mê, hứng thú học tập cho học sinh.
- Bài tập định lượng
Là loại bài tập tính toán có dữ liệu là các số cụ thể, học sinh phải giải chúng
bằng các phép toán, sử dụng công thức để xác lập mối quan hệ phụ thuộc định lượng
giữa các đại lượng phải tìm và nhận được kết quả dưới dạng một công thức hoặc một giá
trị bằng số.
Bài tập tính toán tập dượt là những bài tập cơ bản, đơn giản trong đó chỉ đề cập
đến một hiện tượng, 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.
Bài tập tính toán tổng hợp là loại bài tập mà muốn giải được nó thì yêu cầu ta
phải sử dụng nhiều khái niệm, định luật, công thức. Bài tập loại này giúp học sinh đào
sâu, mở rộng kiến thức, thấy được mối quan hệ giữa các thành phần của chương trình,
biết phân tích và lựa chọn kiến thức đã học để giải quyết vấn đề do bài tập đặt ra.
- Bài tập thí nghiệm

hình phù hợp với mô hình trừu tượng đã cho.
1.2.4. Lựa chọn bài tập vật lí
1.2.4.1. Căn cứ để lựa chọn bài tập vật lí
- Mục đích sử dụng
- Trình độ xuất phát của học sinh
- Thời gian cho phép sử dụng
1.2.4.2. Số lượng và nội dung bài tập được lựa chọn cần đáp ứng những yêu cầu
- Phù hợp với mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng giải bài tập. - Hệ
thống bài tập bao gồm nhiều thể loại.
- Chú ý thích đáng về số lượng và nội dung các bài tập nhằm giúp học sinh vượt qua
những khó khăn chủ yếu, khắc phục những sai lầm phổ biến. - Các bài tập đưa ra phải có
tính hệ thống.
- Các bài tập phải đảm bảo tính vừa sức đối với học sinh đại trà, đồng thời có chú ý đến
sự phân hóa học sinh.

12


1.2.5. Hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lí
1.2.5.1. Phương pháp giải bài tập vật lí
Việc rèn luyện cho học sinh biết cách giải bài tập vật lí một cách khoa học, đảm
bảo đi đến kết quả một cách chính xác là một việc rất cần thiết. Nó không những giúp học
sinh nắm vững kiến thức mà còn rèn luyện kỹ năng suy luận lôgic, làm việc một cách
khoa học, có kế hoạch.
Bài tập vật lí rất đa dạng, cho nên phương pháp giải cũng rất phong phú. Tuy
nhiên, có thể vạch ra một dàn bài chung gồm những bước chính sau: [13, 347]
Bước 1: Tìm hiểu đề bài
- Đọc đầu bài, ghi tóm tắt những dữ kiện đã cho, những dữ kiện phải tìm của bài toán
bằng những kí hiệu vật lí.
- Đổi đơn vị về hệ đơn vị hợp pháp.