ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ THỊ HUYỀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA
TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƯƠNG ''ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG'' VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC
TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ

HÀ NỘI - 2014
1


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ THỊ HUYỀN

SỬ DỤNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA
TRONG GIẢNG DẠY BÀI TẬP CHƯƠNG ''ĐIỆN TÍCH ĐIỆN TRƯỜNG'' VẬT LÍ LỚP 11 NHẰM TĂNG TÍNH TÍCH CỰC
TRONG QUÁ TRÌNH NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÍ
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
(Bộ môn Vật lí)
Mã số: 60 14 01 11

Người hướng dẫn khoa học: GS. TS TÔN TÍCH ÁI



Viết đầy đủ

BTVL

Bài tập vật lí

CNTT

Công nghệ thông tin

ĐC

Đối chứng

GV

Giáo viên

HS

Học sinh

NXB

Nhà xuất bản

PPDH

Phương pháp dạy học

1.
Lý
do
chọ
n đề
tài ..
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.......
.....
1
2.
Mụ
c
đích
nghi
ên
cứu


......................................


D

...............

ươ

Ạ

24. Khách thể và đối

ng

Y

tượng nghiên

1.

cứu.................................

C

B

...............................

Ơ

À


Ậ

......................................

N

V

................

V

Ậ

37. Giới hạn và phạm vi

À

T

nghiên

T

cứu ...............................

H

L


C
Ủ
A
H
O
Ạ
T

T
H
Ô
N
G


CÓ SỰ HỖ TRỢ

tro

cực

CỦA PHẦN

ng

tron

MỀM


... ... ... ... ...

.......

luận dạy học hiện

... ... ... ... ...

.......

đại ................................

. ... ... ...

.......

.......................

7

.......

5

1.2.1.

....

1.1.1. Bản chất quá



................

61.1.3. Các khâu của

71.2.2.

quá trình dạy

Những

học.................................

biểu hiện

...............................

của tính

61.1.4. Quy luật của

tích cực

quá trình dạy

trong học

học.................................

tập .........


1.2.4. Những biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong dạy học ........

10

1.3. Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học ............................................

12

1.3.1. Dạy và học trong thời đại công nghệ thông tin .........................................

12

1.3.2. Một số hướng chính trong việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy
học Vật lí...........................................................................................................

13

1.3.3. Công nghệ thông tin với vai trò là phương tiện, thiết bị dạy hoc ..............

14

1.4. Lí luận về bài tập vật lí ...............................................................................

15

1.4.1. Khái niệm về bài tập vật lí .......................................................................

15



21

1.6.4. Mathematica là hệ thống biểu diễn kiến thức toán học .............................

22

1.6.5. Mathematica là môt trường tính toán .......................................................

23

1.6.6. Các lệnh trong Mathematica ....................................................................

23

1.6.7. Các lệnh cơ bản của Mathematica trong tính toán bằng số .......................

24

1.6.8. Đồ hoạ trong Mathematica.......................................................................

27

1.7. Tìm hiểu thực tế dạy học ............................................................................

31

1.7.1. Thực tế dạy và học...................................................................................

31


37

2.1.4. Phân tích nội dung chương " Điện tích - Điện trường'' ...............................

39

2.2. Xây dựng hệ thống bài tập chương " Điện tích - Điện trường'' vật lí 11 .........
42
2.2.1. Sơ đồ phân loại bài tập chương " Điện tích - Điện trường'' ........................

42

2.2.2. Soạn thảo hệ thống bài tập chương " Điện tích - Điện trường''...................

43

2.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập chương " Điện tích - Điện trường'' vật lí 11
có sử dụng phầm mềm Mathematica................................................................

46

2.3.1. Phương pháp............................................................................................

46

2.3.2. Hướng dẫn học sinh .................................................................................

46


66

Diễn biến thực nghiệm sư phạm...............................................................

67

3.5.3. Sơ bộ đánh giá hiệu quả của tiến trình dạy học đã soạn thảo với việc ôn
tập củng cố kiến thức, phát huy tính tích cực, tự chủ, tư duy sáng tạo của
học sinh. ............................................................................................................

67

3.5.4. Kiểm tra, đánh giá chất lượng kiến thức của học sinh ..............................

68

Kết luận chương 3 .............................................................................................

76

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ..................................................................

78

TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................

80

PHỤ LỤC.........................................................................................................


73

v8i


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ

Tên

Hình 1.1

Sơ đồ phân loại bài tập vật lí

Hình 1.2

Đồ thị ví dụ trong phần vẽ đồ thị của mathematica

Hình 2.1

Sơ đồ cấu trúc chương ''Điện tích - Điện trường''

Hình 2.2

Sơ đồ phân loại bài tập chương ''Điện tích - Điện trường''

Hình 2.3

Hình vẽ bài 4a


Đồ thị tần suất kết quả kiểm tra đối chứng

Hình 3.2

Đồ thị tần số tích luỹ lùi

Trang
18
21
36
42
49
50
50
52
53
56
58
61
74
74

9 ii v


MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài
Chúng ta đang sống trong thế kỉ XXI, thế kỉ của trí tuệ sáng tạo. Đất
nước ta đang bước vào thời kì công nghiệp hóa, hiện đại hóa, viễn cảnh sôi động,

giảng một cách trực giác mà không yêu cầu phải hiểu biết nhiều về tin học.
Từ những lý do trên, tôi đã lựa chọn đề tài: "Sử dụng phần mềm
mathematica trong giảng dạy bài tập chương Điện tích - Điện trường Vật lí
11 nhằm tăng tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh" làm
luận văn thạc sĩ.
2. Mục đích nghiên cứu
Vận dụng lí luận về dạy học bài tập Vật lí (BTVL) và sử dụng hệ thống
phần mềm Mathematica giảng dạy bài tập chương "Điện tích - Điện trường"
Vật lí 11. Tổ chức dạy học hệ thống bài tập đã soạn thảo nhằm góp phần tăng
tính tích cực trong quá trình nhận thức của học sinh (HS).
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Thứ nhất: Cơ sở lí luận của đề tài.
Nghiên cứu các quan điểm dạy học hiện đại về dạy học, đặc biệt chú
trọng về cơ sở lí luận của việc dạy BTVL.
Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Mathematica.
Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức chương
"Điện tích - Điện trường" Vật lí 11 và các tài liệu có liên quan nhằm xác định
được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng học sinh cần đạt được.
- Tìm hiểu thực tế dạy học bài tập phần kiến thức chương "Điện tích Điện trường" Vật lí 11 nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên (GV) và học
sinh, những sai lầm phổ biến của học sinh. Từ đó đề xuất một số nguyên nhân
của các khó khăn và nêu các biện pháp khắc phục.
Thứ hai: Soạn thảo hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica để
giải và sử dụng hệ thống bài tập này vào việc tổ chức dạy học bài tập trong
2


chương "Điện tích - Điện trường" Vật lí 11.
Thứ ba: Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn
thảo để đánh giá hiệu quả của hệ thống bài tập đã xây dựng và việc đưa phần
mềm Mathematica vào giảng dạy.

9. Phương pháp nghiên cứu
Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau
Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận
Nghiên cứu các tài liệu về Tâm lí học, Lí luận dạy học, Các tài liệu về
phương pháp dạy học bộ môn Vật lí…
Nghiên cứu SGK Vật lí 11 và các tài liệu khoa học đề cập đến vấn đề
"Điện tích - Điện trường"
Nghiên cứu tài liệu về phần mềm Mathematica.
Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Điều tra thực tiễn hoạt động dạy giảng dạy BTVL và việc ứng dụng
công nghệ thông tin(CNTT) trong dạy học vật lí ở trường THPT Lý Tử Tấn Thường Tín - Hà Tây
Thực nghiệm sư phạm
Nhóm phương pháp xử lý thông tin
Định lượng, định tính, thống kê và phân tích thống kê.
10. Cấu trúc của luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ
lục, luận văn dự kiến được trình bày theo 3 chương
Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của hoạt động dạy bài tập vật lí
phổ thông có sự hỗ trợ của phần mềm Mathematica
Chương 2. Soạn thảo hệ thống bài tập và tổ chức hoạt động dạy học với
hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm Mathematica vào chương "Điện tích Điện trường" Vật lí 11 nhằm phần phát huy tính tích cực trong hoạt động nhận
thức của học sinh.
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
4


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG DẠY
BÀI TẬP VẬT LÍ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA
PHẦN MỀN MATHEMATICA

- Quá trình nhận thức của HS trong quá trình dạy học diễn ra dưới vai trò
chủ đạo của người GV cùng với những điều kiện sư phạm nhất định.
Kết luận: Như vậy bản chất của quá trình dạy học là hoạt động nhận
thức độc đáo của học sinh.
1.1.2. Các nhiệm vụ quá trình dạy học
Quá trình dạy học là một quá trình nhận thức tâm lý tích cực có liên quan
đến nhu cầu hứng thú của HS. Dạy học không những chỉ chú ý phát triển động
cơ học tập của HS ngay trong quá trình dạy học mà còn phải đi trước sự phát
triển. Nhiệm vụ của quá trình dạy học không chỉ giới hạn ở sự hình thành các kiến
thức, kỹ năng, kỹ xảo mà phải phát triển được trí tuệ, hình thành và phát triển
được nhân cách toàn diện của HS. Sự phát triển trí tuệ vừa là điều kiện đảm bảo
cho HS nắm vững kiến thức, vừa đảm bảo cho HS có khả năng tiếp thu, nghiên
cứu, tìm tòi, giải quyết những nhiệm vụ học tập, đáp ứng những đòi hỏi đa
dạng của hoạt động thực tiễn sau này.
Quá trình dạy học là một quá trình xã hội, sự học tập của HS sẽ được tạo
thuận lợi và có hiệu quả hơn nhờ sự trao đổi và sự tranh luận với bạn qua vùng
phát triển gần nhất. Bởi vậy, học tập của HS cần được tổ chức theo các hình
thức làm việc khác nhau: cá nhân, theo nhóm và giữa các nhóm.
1.1.3. Các khâu của quá trình dạy học
- GV đề xuất vấn đề, gây cho HS ý thức nhiệm vụ học tập.
- Tổ chức, điều khiển HS lĩnh hội tri thức mới. - Tổ
chức, điều khiển HS củng cố tri thức.
- Tổ chức, điều khiển HS rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo.
- Tổ chức, điều khiển kiểm tra, đánh giá việc nắm vững tri thức, kỹ năng,
kỹ xảo một cách có hệ thống của HS và tổ chức cho họ tự kiểm tra, tự đánh giá.
- Ph â n t í c h kế t qu ả t ừ n g gi a i đoạ n , t ừ ng bư ớ c n hấ t đị nh c ủ a qu á t r ì nh d ạ
y h ọ c.
6





nhiên mà còn chủ động sản xuất ra của cải vật chất cần thiết cho sự tồn tại,
phát triển của xã hội, sáng tạo ra nền văn hoá ở mỗi thời đại, chủ động cải biến
môi trường tự nhiên, cải tạo xã hội.
Tính tích cực của con người biểu hiện trong hoạt động, đặc biệt trong
những hoạt động chủ động. Học tập là hoạt động chủ đạo ở lứa tuổi đi học.
Tính tích cực của con người ở lứa tuổi này là tính tích cực trong học tập.
Tính tích cực học tập là một hiện tượng sư phạm biểu hiện ở sự cố gắng cao về
nhiều mặt trong học tập (L.V.Rebrova, 1975). Học tập là một trường hợp riêng
của nhận thức "Một nhận thức đã được làm cho dễ dàng đi và được thực hiện
dưới sự chỉ đạo của GV" (P.N.Erdonive, 1974). Vì vậy, nói tới tích cực trong học
tập thực chất là nói tới tính tích cực nhận thức của HS đặc trưng ở khát vọng hiểu
biết, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao trong quá trình chiếm lĩnh tri thức.
Khác với quá trình nhận thức trong nghiên cứu khoa học, quá trình nhận
thức trong học tập không nhằm phát hiện ra những điều loài người chưa biết
mà nhằm lĩnh hội những tri thức loài người đã tích luỹ được. Tuy nhiên trong học
tập HS cũng phải "khám phá" ra những điều mới đối với bản thân. HS sẽ thông
hiểu, ghi nhớ những gì đã nắm được qua hoạt động chủ động, nỗ lực của chính
mình. Đó là chưa nói, lên tới một trình độ nhất định, sự học tập tích cực sẽ mang
tính nghiên cứu khoa học và người học cũng làm ra những tri thức mới cho loài
người.
Tính tích cực trong học tập liên quan trước hết với động cơ học tập. Động
cơ đúng tạo ra hứng thú. Hứng thú là tiền đề của tự giác. Hứng thú và tự giác là
hai yếu tố tâm lý tạo nên tính tích cực. Tính tích cực sản sinh nếp tư duy độc lập.
Suy nghĩ độc lập là mầm mống của sáng tạo. Ngược lại, phong cách học tập tích
cực, độc lập, sáng tạo sẽ phát triển tự giác, bồi dưỡng động cơ học tập.
1.2.2. Những biểu hiện của tính tích cực trong học tập
Trong quá trình nhận thức Vật lý, tính tích cực của HS thể hiện ở việc
thực hiện các thao tác chân tay (như bố trí dụng cụ thí nghiệm, sử dụng các

thức Vật lý mà người GV có thể nhận biết được những hạn chế của tiến

9


trình dạy học trong quá trình tổ chức hoạt động nhận thức cho HS . Từ đó,
biết cách khắc phục những hạn chế đó làm phát triển tư duy của HS.
Những biểu hiện của tính tích cực nêu trên chính là căn cứ để chúng tôi
đánh giá hiệu quả những đề xuất của mình trong thực nghiệm sư phạm.
1.2.3. Các cấp độ của tính tích cực trong học tập
Có thể phân biệt tính tích cực học tập ở ba cấp độ khác nhau từ thấp đến cao:
- Bắt chước: HS gắng sức làm theo mẫu hành động của GV, của bạn bè.
- Tìm tòi: HS độc lập giải quyết vấn đề nêu ra, mò mẫm những cách giải
khác nhau để tìm ra lời giải hợp lý nhất.
- Sáng tạo: HS nghĩ ra cách giải quyết mới độc đáo hoặc tự ra những bài
tập mới, hoặc cố gắng lắp đặt những thí nghiệm mới để chứng minh các kiến
thức vừa học. Dĩ nhiên mức độ sáng tạo của HS là có hạn nhưng đó chính là
mầm mống để phát triển năng lực sáng tạo về sau.
1.2.4. Những biện pháp phát huy tính tích cực của HS trong dạy học
1.2.4.1. Dạy và học thông qua tổ chức các hoạt động của HS
Để kích thích hứng thú học tập của HS, GV cần tạo các tình huống để tập
cho HS biết cách phát hiện ra vấn đề.
HS, đồng thời là chủ thể của hoạt động học được cuốn hút vào các hoạt
động học tập do GV tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó tự khám phá ra những
điều mình chưa rõ chứ không phải thụ động tiếp thu tri thức từ GV.
Đặt HS vào những tình huống của đời sống thực tế, người học trực tiếp
quan sát, thảo luận, làm thí nghiệm, giải quyết vấn đề đặt ra theo cách suy nghĩ
của mình, từ đó vừa nắm được kiến thức, kỹ năng mới vừa nắm được phương
pháp "làm ra" kiến thức, kỹ năng đó, không rập theo những khuôn mẫu có sẵn
mà được bộc lộ và phát huy tiềm năng sáng tạo.

nhóm. Trong giai đoạn này, GV theo dõi, giúp đỡ HS khi có khó khăn và có
thể sử dụng phiếu học tập phát cho mỗi nhóm HS); thảo luận, tổng kết trước
toàn lớp (các nhóm báo cáo kết quả, GV chỉ đạo thảo luận chung ở toàn lớp và
tổng kết, khái quát hoá các kết quả để đi tới kết luận chung).
11


1.2.4.4. Kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò
Trong dạy học, việc đánh giá HS không chỉ nhằm nhận định thực trạng và
điều chỉnh hoạt động học của trò mà còn đồng thời tạo điều kiện nhận định thực
trạng và điều chỉnh hoạt động dạy của Thầy.
Trước đây GV giữ độc quyền đánh giá HS. Muốn phát huy được tính tích
cực của HS, GV phải hướng dẫn HS phát triển năng lực tự đánh giá để tự điều
chỉnh cách học. GV cần tạo điều kiện cho HS được tham gia đánh giá lẫn nhau.
Tự đánh giá đúng và điều chỉnh kịp thời là năng lực rất cần cho sự thành đạt
trong cuộc sống mà nhà trường phải trang bị cho HS.
Việc kiểm tra đánh giá không thể dừng lại ở yêu cầu tái hiện các kiến
thức, lặp lại các kỹ năng đã học mà phải khuyến khích trí thông minh, óc sáng
tạo trong việc giải quyết những tình huống thực tế.
Để phát huy được tính tích cực của HS thì trong quá trình dạy học, GV
không còn đóng vai trò đơn thuần là người truyền đạt kiến thức. GV trở thành
người thiết kế, tổ chức, hướng dẫn các hoạt động độc lập hoặc theo nhóm nhỏ để
HS tự lực chiếm lĩnh nội dung học, chủ động đạt các mục tiêu kiến thức, kỹ
năng, thái độ theo yêu cầu của chương trình. GV với vai trò là người gợi mở,
xúc tác, động viên, cố vấn, trọng tài trong các hoạt động tìm tòi hào hứng,
tranh luận sôi nổi của HS.
1.3. Vai trò của công nghệ thông tin (CNTT) trong dạy học
1.3.1.Dạy và học trong thời đạiCNTT
Theo quan điểm CNTT [15], học là quá trình thu nhận thông tin có định
hướng, có sự tái tạo và phát triển thông tin; dạy là phát thông tin và giúp

hồi dưới góc độ khách quan. Từ những thông tin phản hồi như vậy cho phép
người học có thể đưa ra những ước đoán của mình và do đó có thể thử
nghiệm, thay đổi những ý tưởng cuả 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 người học đưa ra nhiều ví dụ
khi khám phá các vấn đề trong vật lí học. Máy tính sẽ giúp người học quan sát,
xử lícác mô hình và từ đó đưa ra lời giải trong trường hợp tổng quát.
13


- Phát hiện các mối quan hệ trong Vật lí học
Máy tính cho phép xử lí các biểu bảng, thống kê, đồ hoạ một cách chính
xác và liên kết chúng lại với nhau. Việc thay đổi một vài thành phần và quan sát
các thành phần còn lại giúp người học phát hiện ra mối quan hệ tương tự giữa
các đại lượng.
- Thao tác với các hành động
Người học có thể sử dụng máy tính để biểu diễn các biểu đồ, các quỹ
tích một cách sinh động, giúp người học hình dung các hiện tượng, quá trình
diễn biến của hiện tượng một cách dễ dàng.
1.3.3. CNTT với vai trò là phương tiện, thiết bị dạy học
Cần phải khẳng định rằng, việc ứng dụng CNTT vào dạy học không phải
là một phương pháp giảng dạy hiện đại, nó là sự biểu hiện của phương pháp
trực quan được biến đổi theo thời gian của lịch sử cùng với sự phát triển của
xã hội, đặc biệt là sự phát triển về khoa học kỹ thuật. [15]
- Xét về mặt "công nghệ", thì đây quả là một ưu điểm tuyệt vời của
CNTT. Với những khả năng của CNTT và truyền thông, của kỹ thuật đồ họa với
Multimedia, của các phần mềm dạy học, phần mềm trình diễn với sự tích hợp của
các công cụ soạn thảo thì khả năng gây hiệu ứng học tập tích cực của nó rất là
cao. Tuy nhiên trong thực tế, đã có một số giáo viên lạm dụng những tính năng