Luận văn: Sử dụng phần mềm toán học 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
MỞ ĐẦU 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2
3. Nhiệm vụ nghiên cứu..................................................................................... 2
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu................................................................ 3
5. Vấn đề nghiên cứu......................................................................................... 3
6. Giả thuyết khoa học....................................................................................... 3
7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu .................................................................... 3
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài........................................................ 3
9. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................... 4
10. Cấu trúc của luận văn .................................................................................. 4
Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA HOẠT ĐỘNG
DẠY BÀI TẬP VẬT LÝ PHỔ THÔNG CÓ SỰ HỖ TRỢ CỦA PHẦN
MỀM MATHEMATICA ................................................................................ 5
1.1. Những vấn đề lí luận dạy học hiện đại ....................................................... 5
1.1.1. Bản chất quá trình dạy học....................................................................... 5
1.1.2. Các nhiệm vụ quá trình dạy học............................................................... 6
1.1.3. Các khâu của quá trình dạy học................................................................ 6
1.1.4. Quy luật của quá trình dạy học................................................................ 7
1.2. Tổ chức dạy học theo hướng phát huy tính tích cực của học sinh trong
học tập ................................................................................................... 7
1.2.1. Khái niệm tính tích cực của học sinh trong học tập............................................. 7
1.2.2. Những biểu hiện của tính tích cực trong học tập ...................................... 8
1.2.3. Các cấp độ của tính tích cực trong học tập ............................................... 10
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
1.4.2. Tác dụng của bài tập vật lí trong dạy học vật lí ........................................ 16
1.4.3. Sử dụng bài tập vật lí trong dạy học vật lí. Những yêu cầu chung trong
dạy học bài tập vật lí.......................................................................................... 17
1.4.4. Lựa chọn bài tập vật lí ............................................................................. 19
1.5. Quá trình hình thành và phát triển của Mathematica ................................... 19
1.6. Vài nét chính về Mathematica..................................................................... 20
1.6.1. Mathematica là hệ thống thực hiện các phép tính..................................... 20
1.6.2. Vẽ đồ thị.................................................................................................. 21
1.6.3. Mathematica là ngôn ngữ lập trình........................................................... 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
1.7.2. Nguyên nhân dẫn đến sai lầm phổ biến của học sinh ............................... 32
1.7.3. Đề xuất biện pháp khắc phuc khó khăn .................................................... 33
Kết luận chương 1 ............................................................................................. 34
CHƯƠNG 2. SOẠN THẢO HỆ THỐNG BÀI TẬP VÀ HOẠT ĐỘNG DẠY
HỌC VỚI HỆ THỐNG BÀI TẬP CÓ SỬ DỤNG PHẦM MỀN
MATHEMATICA VÀO CHƯƠNG ‘‘ĐIỆN TÍCH - ĐIỆN TRƯỜNG’’
VẬT LÍ 11 NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC TRONG HOẠT
ĐỘNG NHẬN THỨC CỦA HỌC SINH ........................................................ 35 2.1. Đặc điểm cấu trúc nội dung chương ‘‘Điện tích - Điện trường’’ vật lí 11............... 35
2.1.1. Nhiệm vụ và vị trí “ Điện tích - Điện trường” ............................................. 35
2.1.2. Sơ đồ cấu trúc chương “ Điện tích - Điện trường’’.................................................. 36
2.1.3. Chuẩn kiến thức, kĩ năng của chương “ Điện tích - Điện trường’’............... 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
Kết luận chương 2 ............................................................................................. 64
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM..................................................... 65
3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm.................................................................. 65
3.2. Đối tượng của thực nghiệm sư phạm........................................................... 65
3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm ............................................................ 65
3.4. Thời điểm thực nghiệm .............................................................................. 66
3.5. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm...................................................... 66
3.5.1. Tiêu chí để đánh giá................................................................................. 66
3.5.2. 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......................................................................................................... 82
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, tươi đẹp, nhưng cũng nhiều thách thức đòi hỏi ngành Giáo dục và Đào
tạo phải có những đổi mới căn bản, mạnh mẽ, vươn 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 dưỡng trí tuệ khoa học, năng lực sáng tạo cho
thế hệ trẻ.
Giáo dục cần đào tạo con người đáp ứng được những đòi hỏi của thị
trường lao động và nghề nghiệp cũng như cuộc sống, có khả năng hòa nhập
và cạnh tranh quốc tế, đặc biệt là đào tạo con người có: năng lực hành động;
tính sáng tạo, năng động; tính tự lực và trách nhiệm; năng lực cộng tác làm
việc; năng lực giải quyết các vấn đề phức hợp; khả năng học tập suốt đời. Vì
vậy, chúng ta cần đổi mới phương pháp dạy - học.
Đổi mới phương pháp dạy học (PPDH), ứng dụng công nghệ dạy học hiện
đại theo hướng chủ động, tích cực hóa hoạt động của học sinh là một trong
những phương hướng đã được xác định rõ, nhằm nâng cao chất lượng dạy và
học hiện nay. Điều này đã được xác định trong nghị quyết trung ương 4 khoá
VII, nghị quyết trung ương 2 khoá VIII, được thể chế trong luật giáo dục
(2005). Luật giáo dục, điều 28.2, đã ghi “Phương pháp giáo dục phổ thông phải
phát huy tích cực, tự giác, chủ động sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc
điểm 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 hướng thú và trách nhiệm học tập của học sinh”.
Với đặc thù môn học Vật lí phổ thông là quan sát, mô phỏng, giải thích
hiện tượng, việc sử dụng một phần mềm công nghệ để trong giảng dạy bài tập
sẽ giúp học sinh dễ dàng hiểu và vận dụng được, giúp giáo viên và học sinh nâng cao chất lượng dạy và học. Mathematica là một trong những phần mềm
đó. Với những tính ưu việt của phần mềm toán Mathematica như khả năng tính
toán, khả năng đồ hoạ cũng như tính dễ sử dụng của nó trong việc xây dựng
các mô hình vật lí. Do vậy, dùng phần mềm Mathematica có thể thiết kế bài
giảng một cách trực giác mà không yêu cầu phải hiểu biết nhiều về tin học.
Từ những lý do trên, tui 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 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.
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
Khách thể nghiên cứu là quá trình dạy và học môn Vật lí chương “Điện
tích - Điện trường” Vật lí 11 của giáo viên và học sinh.
Đối tượng nghiên cứu là phần mềm Mathematica, ứng dụng vào giảng
dạy bài tập chương “Điện tích - Điện trường” Vật lí 11.
5. Vấn đề nghiên cứu
Sử dụng phần mềm Mathematica trong việc dạy hệ thống bài tập đã được
lựa chọn trong chương “Điện tích - Điện trường” Vật lí 11 như thế nào để
phát huy tính tích cực trong nhận thức của học sinh?
6. Giả thuyết khoa học
Nếu sử dụng phần mềmMathematica hỗ trợ tính toán giải các bài tập và
tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập đó một cách phù hợp thì góp
phần phát huy tính tích cực trong nhận thức của học sinh.
7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
Các nghiên cứu khảo sát được tiến hành trên phạm vi trường trung học
phổ thông (THPT) Lý Tử Tấn - Thường Tín - Hà Tây.
Luận văn nghiên cứu quá trình dạy học nói chung, dạy BTVL nói riêng
trong trường THPT khi có sự hỗ trợ bởi phần mềm Mathematica trong việc
giảng dạy hệ thống BTVL, cụ thể chương “Điện tích - Điện trường” Vật lí 11.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa lí luận của đề tài
Đề tài góp phần phát triểnlí luận và phương pháp dạy học bậc THPT. Ý nghĩa lý luận của đề tài
Đề xuất các biện pháp để sử dụng phần mềm Mathematica vào việc
giảng dạy hệ thống BTVL chương ‘‘Điện tích - Điện trường’’ Vật lí 11 thành
công.
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
yilLfZSXq3RL82V
