Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương "Sóng ánh sáng" vật lý lớp 12 nâng cao Nguyễn Thị Nga Trường Đại học Giáo dục Luận văn ThS. ngành: Lý luận và phương pháp dạy học (Bộ môn Vật lý) Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn: PGS.TS. Bùi Văn Loát Năm bảo vệ: 2012 Abstract. Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung vào các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động, biến đổi của đối tượng Vật lý. Phân tích nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, tập trung vào các bài giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng. Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab. Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử dụng mô hình được thiết kế bằng Matlab. Keywords. Phương pháp giảng dạy; Vật lý; Lớp 12 Content MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Thế kỉ XXI là thế kỉ của sự bùng nổ thông tin và khoa học kĩ thuật, xã hội tri thức phát triển rất nhanh, yêu cầu xã hội đặt ra đối với giáo dục là phải giải quyết nhanh mâu thuẫn giữa tri thức phát triển rất nhanh và thời gian đào tạo có hạn, giáo dục phải đào tạo ra con người mới có năng lực đáp ứng thị trường lao động, có khả năng cạnh tranh quốc tế. Trong những năm gần đây, phong trào đổi mới phương pháp giảng dạy nâng cao chất lượng và hiệu quả giáo dục đã diễn ra ở tất cả các cấp, các bộ môn.Sự phát triển của công nghệ thông tin đã góp phần không nhỏ trong việc đổi mới phương pháp giảng dạy, đem lại hiệu quả cao cho hoạt động giáo dục. Hiện nay trên thị trường cũng như trong các trang mạng cung cấp rất nhiều phần mềm hỗ trợ cho việc dạy học như phần mềm Flash, phần mềm Crocodile, phần mềm Mathematical… Trong số những phần mềm được sử dụng hỗ trợ cho việc giảng dạy, phần mềm Matlab hỗ trợ rất hiệu quả cho việc giảng dạy. Phần mềm Matlab đã hỗ trợ giáo viên trong việc tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh, tăng cường tính tích cực của người học, tiết kiệm thời gian tổ chức hoạt động nhận thức, tăng cường thời gian thảo luận và giải quyết các vấn đề bản chất, giải phóng học sinh khỏi những thao tác không cần thiết… Trong chương trình Vật lý 12 THPT, tôi nhận thấy chương “Sóng ánh sáng” có nhiều ứng dụng trong khoa học kĩ thuật và thực tế đời sống. Mặt khác, đây là một chương khó, nhiều kiến thức trong chương được xây dựng từ hiện tượng quan sát được trong thực tế và từ thí nghiệm. Có nhiều hiện tượng, nhiều thí nghiệm không phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ra những khó khăn trong việc chiếm lĩnh tri thức của học sinh. Hơn nữa, việc tiếp thu kiến thức theo kiểu áp đặt hoặc chấp nhận kiến thức gây ra cảm giác chán nản, không hứng thú, không hiểu rõ bản chất của vấn đề cho học sinh. Do đó, gây ra những hạn chế cho học sinh trong việc vận dụng những kiến thức này để giải quyết những vấn đề trong thực tế có liên quan và không thể phát triển tư duy ở mức độ cao hơn. Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học ở trường Trung học phổ thông, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao” làm đề tài nghiên cứu luận văn của mình. 2. Mục đích nghiên cứu - Nghiên cứu thiết kế một số mô hình bằng Matlab để giảng dạy một số bài học trong chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. - Rèn luyện tư duy lôgic, giải quyết vấn đề. 3. Lịch sử nghiên cứu Trong những năm gần đây đã có một số đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm Matlab trong dạy học Vật lý THPT như: - Dạy học bài toán dao động và sóng sử dụng mô hình được xây dựng bằng phần mềm Matlab (Luận văn Thạc sỹ Đinh Đức Chính) - Sử dụng một số mô hình dao động và sóng điện từ xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab để giảng dạy chương “ Dao động và sóng điện từ” – Vật lý 12 THPT ban nâng cao (Luận văn Thạc sỹ Trần Thị Thanh Vân) - Sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlap trong dạy học bài tập phần Phóng xạ và phản ứng hạt nhân sách giáo khoa Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sỹ Nguyễn Văn Hiền) 4. Đối tƣợng và khách thể nghiên cứu - Nội dung một số bài học và bài luyện tập chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao. Cụ thể là các bài liên quan đến hiện tượng nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng. - Phần mềm toán học Matlab - Hoạt động của giáo viên và học sinh khi dạy và học các kiến thức v ề giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng. 5. Câu hỏi nghiên cứu Thiết kế và sử dụng một số mô hình xây dựng bằng ngôn ngữ lập trình Matlab như thế nào để phát huy tính tích cực nhận thức của học sinh khi giảng dạy chương “Sóng ánh sang” – Vật lý 12 nâng cao? 6. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế và sử dụng được một số mô hình xây dựng bằng phần mềm Matlab trong dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao sẽ phát huy được tính tích cực hoạt động nhận thức của học sinh và nâng cao chất lượng kiến thức. 7. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp mô hình hóa, trong đó tập trung vào các mô hình lý tưởng, mô hình kí hiệu, đồ thị, hình ảnh, quy luật vận động, biến đổi của đối tượng Vật lý. - Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, tập trung vào các bài giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng. - Nghiên cứu phương pháp xây dựng mô hình bằng phần mềm Matlab. - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu quả của phương pháp giảng dạy sử dụng mô hình được thiết kế bằng Matlab. 8. Phạm vi nghiên cứu - Nội chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, cụ thể là một số bài giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng. - Các hoạt động dạy và học của giáo viên và học sinh trường THPT Thanh Liêm B – tỉnh Hà Nam. 9. Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý luận Nghiên cứu cơ sở lí luận về tâm lí học, giáo dục học và lí luận dạy học bộ môn theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh. Nghiên cứu mục tiêu, nội dung và nhiệm vụ dạy học của bộ môn vật lí ở trường THPT hiện nay nói chung, và của chương “Sóng ánh sáng” nói riêng. Cụ thể là nội dung kiến thức phần giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng. Từ đó, xác định chính xác nội dung, các khái niệm, các cách giải bài tập vật lý mà học sinh cần phải tiếp thu được. Nghiên cứu phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế, mô phỏng các hiện tượng giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng phục vụ quá trình dạy học. - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các trường THPT có đối chứng để kiểm tra tính khả thi của luận văn, cụ thể là làm nổi bật vai trò của việc sử dụng các mô hình trong việc nâng cao nhận thức của học sinh THPT trong các giờ học vật lí. Nghiên cứu quá trình sử dụng máy tính trong việc ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng dạy ở trường THPT - Phương pháp thống kê toán học Sử dụng phương pháp thống kê mô tả và thống kê kiểm định để đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm. 10. Đóng góp của đề tài Góp phần làm sáng tỏ vai trò phương pháp mô hình hóa bằng phần mềm máy tính trong dạy học Vật lý trong trường phổ thông. - Cung cấp những hiểu biết cơ bản về phần mềm Matlab và ứng dụng của nó. - Tạo ra một số mô hình có giá trị thực tiễn. 11. Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, nội dung chính của luận văn gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễncủa đề tài Chương 2: Phân tích nội dung kiến thức chương “Sóng ánh sáng” và ứng dụng phần mềm Matlab xây dựng một số mô hình dạy học Chương 3: Thực nghiệm sư phạm CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở về phƣơng pháp dạy học 1.1.1. Phương pháp dạy học Phương pháp dạy học theo nghĩa chung nhất là những cách thức tiến hành hoạt động dạy học. Áp dụng vào quá trình dạy học hiện đại có thể nói phương pháp dạy học là hệ thống những hành động có chủ đích theo một trình tự nhất định của giáo viên, nhằm tổ chức hoạt động nhận thức và hoạt động thực hành của học sinh nhằm đảm bảo cho họ lĩnh hội nội dung dạy học và thực hiện mục đích dạy học. Phương pháp dạy học là tổng hợp các cách thức hoạt động phối hơp của giáo viên - học sinh được thực hiện trong quá trình dạy học. Trong đó, cách thức hoạt động của giáo viên đóng vai trò chủ đạo, cách thức hoạt động của học sinh đóng vai trò chủ động nhằm thực hiện tốt mục đích và nhiệm vụ dạy học. Mỗi phương pháp dạy học bao gồm các yếu tố [5]:  Mục đích dạy học được xác định trước.  Hệ thống những hành động liên tiếp tương ứng.  Phương pháp hành động tương ứng.  Quá trình biến đổi của đối tượng bị tác động, kết quả thu được. 1.1.2. Thực trạng của việc dạy và học hiện nay Thực tế dạy học ở trường phổ thông của chúng ta hiện nay vẫn mang nặng tính chất độc thoại, thông báo, giảng giải, áp đặt, làm mẫu cho học sinh bắt chước của sự dạy và tính chất thụ động theo dõi, chấp nhận ghi nhớ, thừa hành, bắt chước của sự học. Kiểu dạy học này chưa khích lệ được tính tích cực, chủ động tìm tòi sáng tạo của học sinh trong quá trình chiếm lĩnh tri thức. 1.1.3. Xu hướng đổi mới phương pháp dạy học Mục đích của đổi mới phương pháp dạy học là nhằm đào tạo thế hệ trẻ năng động, sáng tạo, có khả năng làm việc độc lập, làm việc theo nhóm, có khả năng hoạch định và giải quyết vấn đề,… Do đó, nét đặc trưng của hoạt động dạy là: tổ chức tình huống học tập, kiểm tra định hướng hành động học độc lập tự chủ, sáng tạo, trao đổi, tranh luận của học sinh… Nét đặc trưng của hoạt động học là ý thức được vấn đề hay nhiệm vụ cần phải giải quyết, độc lập suy nghĩ kết hợp với ghi nhận thông báo có kiểm tra phê phán để xác định giải pháp, tự chủ hành động giải quyết nhiệm vụ học, …[13]. Việc đổi mới dạy học như vậy đã chuyển từ vị trí tôi học thuộc, tôi làm mẫu sang vị trí tôi tự hỏi, tôi tự tìm tòi giải quyết vấn đề. 1.1.4. Phương pháp dạy học tích cực 1.1.4.1.Tính tích cực học tập Tính tích cực học tập biểu hiện ở những dấu hiệu như: hăng hái trả lời các câu hỏi của giáo viên, bổ sung các câu trả lời của bạn, thích phát biểu ý kiến của mình trước vấn đề được nêu ra; hay thắc mắc, đòi hỏi phải được giải thích cặn kẽ những vấn đề chưa đủ rõ, chủ động vận dụng kiến thức, kĩ năng vào vấn đề mới, có khả năng tập trung cao vào vấn đề đang học, không chán nản trước những tình huống khó khăn, luôn tìm cách khắc phục khó khăn để giải quyết vấn đề [10]. 1.1.4.2.Phương pháp dạy học tích cực Phương pháp dạy học tích cực là phương pháp khơi dậy, phát huy tính chủ động, tích cực của cả người dạy và người học nhằm trau dồi tư duy sáng tạo và rèn luyện trí thông minh trong quá trình chinh phục chân lí; là sự dạy và học mà trong đó người dạy đóng vai trò là người tổ chức định hướng, tạo điều kiện và người học là người thực hiện. 1.1.4.3.Đặc trưng của phương pháp dạy học tích cực Thứ nhất, dạy và học thông qua tổ chức các hoạt động học tập của học sinh. Thứ hai, dạy và học chú trọng rèn luyện phương pháp tự học. Thứ ba, dạy học tích cực tăng cường học tập cá thể với học tập hợp tác. Thứ tư, dạy học tích cực kết hợp đánh giá của thầy với tự đánh giá của trò. 1.2. Cơ sở lí luận về thiết kế phƣơng án dạy học 1.2.1. Cơ sở khoa học để người giáo viên có thể thiết kế phương án dạy học 1.2.2. Thiết kế phương án dạy học một bài học bao gồm các bước như sau 1.2.2.1. Xác định các yếu tố cơ bản của nội dung kiến thức cần dạy trong bài 1.2.2.2. Lập sơ đồ tiến trình xây dựng kiến thức 1.2.2.3. Xác định mục tiêu dạy học 1.2.2.4. Lựa chọn hình thức tổ chức dạy học 1.2.2.5. Lựa chọn phương pháp dạy học 1.2.2.6. Chuẩn bị cho bài giảng. 1.2.2.7. Tổ chức hoạt động dạy học 1.3. Vai trò và ý nghĩa của công nghệ thông tin trong dạy học Ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy, người giáo viên sẽ xây dựng bài học một cách sinh động, thu hút được sự chú ý của học sinh, làm cho người học thấy hứng thú hơn, giờ học trở nên sôi động hơn; người học tiếp thu bài nhanh hơn và có cảm giác như tự mình đang tìm ra những điều mới lạ ở thế giới xung quanh bản thân mình. Qua đó giúp cho học sinh thật sự tích cực chủ động học tập. 1.4. Phƣơng pháp mô hình 1.4.1. Các chức năng của mô hình - Mô tả sự vật hiện tượng - Giải thích các tính chất, hiện tượng có liên quan đến đối tượng - Tiên đoán các tính chất và các hiện tượng mới 1.4.2. Tính chất của mô hình - Tính chất tương tự với “vật gốc”. - Tính đơn giản. - Tính trực quan. - Tính quy luật riêng. - Tính lí tưởng. 1.4.3. Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí - Mô hình vật chất - Mô hình lí tưởng hay mô hình lí thuyết 1.4.4. Các giai đoạn của phương pháp mô hình - Giai đoạn 1: Nghiên cứu những tính chất gốc của đối tượng. - Giai đoạn 2: Xây dựng mô hình. - Giai đoạn 3: Thao tác trên mô hình, suy ra hệ quả lí thuyết. - Giai đoạn 4: Thực nghiệm kiểm tra. 1.4.5. Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí Trong nghiên cứu vật lí, mô hình và phương pháp mô hình có chức năng nhận thức, nó giúp ta phát hiện những đặc tính mới, hiện tượng mới, quy luật mới. 1.5. Một vài nét về phần mềm Matlab 1.5.1. Matlab và đặc điểm của Matlab Matlab là sản phẩm của công ty phần mềm MathWorks của Hoa Kỳ, có thể chạy được dưới nhiều hệ điều hành, trên nhiều loại máy tính, từ các máy vi tính đến các siêu máy tính. Đây là phần mềm để giải các bài toán khoa học, kỹ thuật, kinh tế và tài chính trên máy tính một cách dễ dàng và tiện lợi. Khi sử dụng ngôn ngữ lập trình Matlab, ta có thể dễ dàng nhận thấy những đặc điểm chính sau của ngôn ngữ lập trình này: - Dễ xử lý các cấu trúc ma trận thực và phức, các xâu ký tự. - Có thể xử lý các biểu thức toán và dễ dàng kết hợp với các tính toán số. - Khả năng đồ hoạ mạnh và dễ dàng kết hợp với các tính toán số. - Số lượng các hàm rất lớn,chúng luôn hoàn thiện, bổ sung và phát triển. - Cho phép ghép nối với các hàm viết bằng ngôn ngữ C và Fortran. - Có thể dịch để chạy độc lập ngoài môi trường MatLab. Dễ phát triển các ứng dụng trên các lĩnh vực khoa học và công nghệ riêng. 1.5.2. Một số câu lệnh cơ bản dùng trong Matlab 1.5.3. Ứng dụng Matlab xây dựng mô hình vật lí trong giảng dạy Luận văn đã xây dựng một số mô hình dưới dạng đồ họa với các tính năng cơ bản như tương tác thay đổi các số liệu, vẽ đồ thị, hình động…tương ứng với nội dung và mục đích dạy học. Mô hình thiết kế đã được dịch thành các ứng dụng độc lập, trực quan, sinh động và có tính hệ thống… CHƢƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 2.1. Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao Vật lí 12 đã trình bày một số vấn đề hiện đại phù hợp với xu thế chung của các nước trong khu vực và trên thế giới: “Động lực học vật rắn”, “Sơ lược về thuyết tương đối hẹp”, và “Từ vi mô đến vĩ mô” nhằm giúp học sinh có một cái nhìn tổng quan về thế giới vật chất, khái quát các kiến thức đã học trong chương trình vật lí phổ thông. Ngoài ra, còn có một số nội dung mới trong các chương còn lại như: Hiệu ứng Đốp-ple, Nhiễu xạ ánh sáng, Hấp thụ ánh sáng, Phản xạ lọc lựa, Màu sắc các vật, Sơ lược về laze… 2.2. Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 2.2.1. Tán sắc ánh sáng 2.2.2. Nhiễu xạ ánh sáng 2.2.3. Giao thoa ánh sáng 2.2.4. Máy quang phổ và các loại quang phổ 2.2.5. Tia hồng ngoại. Tia tử ngoại. Tia X 2.2.6. Thuyết điện từ ánh sáng. Thang sóng điện từ 2.3. Kiến thức, kĩ năng học sinh cần có sau khi học chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 2.3.1. Kiến thức: - Mô tả được hiện tượng tán sắc qua lăng kính và nêu được hiện tượng tán sắc là gì - Nêu được mỗi ánh sáng đơn sắc có một bước sóng xác định trong chân không và chiết suất của môi trường phụ thuộc vào bước sóng của ánh sáng trong chân không. - Nêu được hiện tượng nhiễu xạ ánh sáng là gì. - Trình bày được một thí nghiệm về sự giao thoa ánh sáng và nêu được điều kiện để xảy ra hiện tượng giao thoa ánh sáng. - Nêu được vân sáng, vân tối là kết quả của sự giao thoa. - Nêu được điều kiện để có cực đại giao thoa, cực tiểu giao thoa tại một điểm. - Viết được công thức tính khoảng vân. - Nêu được hiện tượng giao thoa ánh sáng chứng tỏ ánh sáng có tính chất sóng và nêu được tư tưởng cơ bản của thuyết điện từ ánh sáng. - Trình bày được nguyên tắc cấu tạo của máy quang phổ lăng kính và nêu được tác dụng của từng bộ phận của máy quang phổ. - Nêu được quang phổ liên tục, quang phổ vạch phát xạ, quang phổ hấp thụ là gì, các đặc điểm chính và những ứng dụng chính của mỗi loại quang phổ. - Nêu được phép phân tích quang phổ là gì. - Nêu được bản chất, cách phát, các đặc điểm và công dụng của tia hồng ngoại, tia tử ngoại, tia X. - Kể được tên của các vùng sóng điện từ kế tiếp nhau trong thang sóng điện từ theo bước sóng. 2.3.2. Kĩ năng - Giải được các bài tập về hiện tượng giao thoa ánh sáng. - Xác định được bước sóng ánh sáng theo phương pháp giao thoa bằng thực nghiệm. 2.4. Một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chƣơng “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao 2.4.1. Mô hình nhiễu xạ ánh sáng 2.4.2. Mô hình về giao thoa ánh sáng 2.5. Thiết kế một số bài giảng dạy trong chƣơng “Sóng ánh sáng” 2.5.1. Bài 36: Nhiễu xạ ánh sáng. Giao thoa ánh sáng 2.5.2. Bài 37: Khoảng vân. Bước sóng và màu sắc ánh sáng (tiết 1) CHƢƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1. Mục đích thực nghiệm sƣ phạm Thực nghiệm sư phạm được tiến hành nhằm mục đích kiểm nghiệm giả thuyết của đề tài “Nếu thiết kế và sử dụng được một số mô hình xây dựng bằng phần mềm Matlab trong dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao sẽ phát huy được tính tích cực hoạt động nhận thức của học sinh và nâng cao chất lượng kiến thức”. Đánh giá tính khả thi của việc sử dụng các mô hình được thiết kế bằng phần mềm Matlab trong quá trình giảng dạy nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS. Xử lí và phân tích kết quả để đánh giá khả năng sử dụng các mô hình được thiết kế bằng phần mềm Matlab chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí 12 nâng cao. Thực nghiệm sư phạm đảm bảo kết quả về mặt định lượng, đảm bảo tính khoa học, tính khách quan và phù hợp với thực tế. 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm - Lên kế hoạch thực nghiệm sư phạm. - Khảo sát, điều tra cơ bản để chọn các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, chuẩn bị các thông tin và điều kiện cần thiết phục vụ cho công tác thực nghiệm sư pha ̣ m. - Trao đổi với học sinh lớp thực nghiệm về phương pháp và nội dung thực nghiệm. - Triển khai dạy học 2 bài theo tiến trình đã soạn thảo. - Xử lí, phân tích kết quả thực nghiệm, đánh giá theo các tiêu chí. Từ đó nhận xét và rút ra kết luận về tính khả thi của đề tài. 3.3. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm: Lớp 12C1và 12C2 trường THPT Thanh Liêm B, Hà Nam. 3.4. Thời gian thực nghiệm sƣ phạm: Từ 15/10/2012 đến 15/11/2012 3.5. Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm Quá trình thực nghiệm sư phạm, chúng tôi tiến hành song song, dạy ở lớp thực nghiệm và lớp đối chứng trong cùng một thời gian, cùng nội dung chương "Sóng ánh sáng". Lớp thực nghiệm 12C1 (sĩ số 45) và lớp đối chứng 12C2(sĩ số 44). Đây là cặp lớpcó chất lượng học sinh là tương đương nhau. Ở lơ ́ p đối chư ́ ng, tôi dạy theo đúng phân phối chương trình của Sở Giáo Dục và Đào Tạo Hà Nam Ơ lơ ́ p thực nghiệm, tôi dạy theo tiến trình đã soạn va ̀ ghi chép diê ̃ n biến toa ̀ n bô ̣ tiết học, cuối tiết học đi thu thâ ̣ p ý kiến của học sinh. 3.6. Các bƣớc tiến hành thực nghiệm - Thiết kế tiến trình dạy học thực nghiêm đối với lớp thực nghiệm. - Dạy các nội dung liên quan đến chương “Sóng ánh sáng” là hai bài: Nhiễu xạ và giao thoa ánh sáng, Khoảng vân. Bước sóng và màu sắc ánh sáng (tiết 1). - Các tiết thực nghiệm có mời các giáo viên cùng chuyên môn đến dự, đóng góp ý kiến. - Cuối đợt thực nghiệm tến hành cho học sinh làm bài kiểm tra 45 phút để khảo sát chất lượng bài giảng. 3.7. Đánh giá kết quả thực nghiệm sƣ phạm 3.7.1. Đánh giá định tính kết quả thực nghiệm Quan sát giờ học của các lớp thực nghiệm được thực hiện theo kế hoạch thực nghiệm với bài tập thực nghiệm tôi có những nhận xét sau: - Ở lớp thực nghiệm, không khí lớp học rất sôi nổi.Các em học sinh rất hăng hái phát biểu xây dựng bài. Nhiều em đã mạnh dạn đưa ra những câu hỏi thắc mắc liên quan đến bài học. Tính tích cực, chủ động của các em học sinh đã bước đầu được phát huy. - Ở lớp đối chứng, không khí lớp học trầm hơn so với lớp thực nghiệm. Khi giáo viên đưa ra các yêu cầu, các em học sinh đã thực hiện những yêu cầu đó nhưng với tinh thần không hào hứng, nhiệt tình tham gia vào bài học. Các em học sinh không thật sự tích cực, chủ động chiếm lĩnh tri thức. 3.7.2. Đánh giá định lượng kết quả thực nghiệm sư phạm Dưới đây là phần trình bày kết quả thực nghiệm và xử lí số liệu. Bảng 3.1. Bảng thống kê điểm số đạt đƣợc trong bài kiểm tra thực nghiệm Lớp Số HS Điểm số Điểm TB 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 44 0 0 0 0 2 3 7 8 9 11 4 7,55 TN 45 0 0 0 0 0 1 5 7 10 14 8 8,22 Bảng 3.2. Xử lí kết quả để tính các tham số Lớp đối chứng: 55,7 1 X Lớp thực nghiệm: 22,8 2 X X i n 1i  1  1 ( 1   1 ) 2  1     1     2 X i n 2i  X 2i X 2     2  2  X 2i X 2     2 0 0 -7,55 57,0025 0,0000 0 0 -8,22 67,5684 0,0000 1 0 -6,55 42,9025 0,0000 1 0 -7,22 52,1284 0,0000 2 0 -5,55 30,8025 0,0000 2 0 -6,22 38,6884 0,0000 3 0 -4,55 20,7025 0,0000 3 0 -5,22 27,2484 0,0000 4 2 -3,55 12,6025 25,2050 4 0 -4,22 17,8084 0,0000 5 3 -2,55 6,5025 19,5075 5 1 -3,22 10,3684 10,3684 6 7 -1,55 2,4025 16,8175 6 5 -2,22 4,9284 24,6420 7 8 -0,55 0,3025 2,4200 7 7 -1,22 1,4884 10,4188 8 9 0,45 0,2025 1,8225 8 10 -0,22 0,0484 0,4840 9 11 1,45 2,1025 23,1275 9 14 0,78 0,6084 8,5176 10 4 2,45 6,0025 24,0100 10 8 1,78 3,1684 25,3472 44 112,91 45 79,778 Trong đó n 1i là số học sinh lớp đối chứng đạt điểm X i , n 2i là số học sinh lớp thực nghiệm đạt điểm X i . Bảng 3.3. Bảng giá trị các tham số đặc trƣng S 2 S V(%) d TN-DC Lớp ĐC 7.55 2,63 1,62 21,46 0,67 Lớp TN 8.22 1,81 1,35 16,42 Bảng 3.4. Phân phối tần suất (W i %) số học sinh đạt điểm X i Lớp N Số % học sinh đạt điểm X i 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 44 0 0 0 0 4,55 6,82 15,91 18,18 20,45 25,00 9,09 TN 45 0 0 0 0 0 2,22 11,11 15,56 22,22 31,11 17,78 22i XX   X Đối tượng Tham số Bảng 3.5. Phân phối tần suất (w i %) số học sinh đạt điểm X i trở xuống Lớp N Số % học sinh đạt điểm X i trở xuống 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 ĐC 44 0 0 0 0 4,55 11,36 27,27 45,45 65,91 90,91 100 TN 45 0 0 0 0 0 2,22 13,33 28,89 51,11 82,22 100 Đồ thị đường phân bố tần suất và tần suất lích lũy cho hai đối tượng thực nghiệm là lớp đối chứng và lớp thực nghiệm được biểu diễn như đồ thị dưới đây. Hình 3.1: Phân bố tần suất Hình 3.2. Phân bố tần suất tích lũy *Nhận xét - Ở lớp đối chứng có học sinh dưới điểm trung bình, ở lớp thực nghiệm không có học sinh đạt điểm dưới trung bình và số học sinh đạt điểm 10 cao hơn ở lớp đối chứng. - Điểm trung bình cộng của lớp thực nghiệm (8,22) cao hơn lớp đối chứng (7,55). Hệ số biến thiên giá trị điểm số của lớp thực nghiệm (16,42%) nhỏ hơn lớp đối chứng (21,46%). Điều đó có nghĩa là độ phân tán về điểm số quanh điểm trung bình của lớp thực nghiệm là nhỏ. - Đường tần số và tần suất lũy tích (hội tụ lùi) của lớp thực nghiệm nằm bên phải và phía dưới của đường tần suất và tần suất lũy tích của lớp đối chứng. Điều này chứng tỏ chất lượng nắm kiến thức và vận dụng kiến thức của lớp thực nghiệm tốt hơn ởlớp đối chứng. Tuy nhiên, để khẳng định rõ hơn kết quả học tập của học sinh lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng có thực sự là do phương pháp dạy học mới đem lại hay không? Chúng tôi áp dụng lý thuyết thống kê toán học để kiểm định kết quả trên như sau: Để khẳng định điểm trung bình của lớp thực nghiệm cao hơn lớp đối chứng là do kết quả áp dụng phương pháp đổi mới, chúng tôi đã tiến hành so sánh hai giá trị trung bình của bài kiểm tra trong hai lớp theo tiêu chuẩn Student [9]. Đại lượng t dùng để so sánh hai giá trị điểm trung bình được tính theo công thức sau:  =           Đ             Đ   + Đ (3.8) Với S được tính theo công thức sau :         49,1 24445 63,2.14481,1.145 2 11 22        ĐCTN ĐCĐCTNTN NN SNSN S (3.9) Thay đại lượng S vào biểu (3.8) ta có :   12,2 4445 45.44 49,1 55,722,8    t (3.10) Với mức hợp lý ( mức có nghĩa)α = 0,05;số bậc tự do bằng 87 tra bảng phân bố Student, ta có t α = 1,65. Kết quả thực nghiệm thu được t=2,12 lớn hơn giá trị t α . Như vậy, điểm trung bình của hai lớp là khác nhau do bản chất. Hay điểm trung bình cộng của nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng là thực chất, không phải do ngẫu nhiên. Điều này cho phép kết luận, dạy học với mô hình được thiết kế bằng phần mềm Matlab mang lại kết qua cao hơn so với dạy học thông thường. Mặt khác, quan sát đồ thị tần suất tích lũy của hai lớp cho thấy chất lượng của nhóm thực nghiệm thực sự tốt hơn nhóm đối chứng. Đường biểu diễn tần số tích lũy của lớp thực nghiệm nằm bên dưới và về phía bên phải so với lớp đối chứng. Như vậy việc tổ chức tiến hành giảng dạy theo phương pháp đổi mới chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao, bằng việc sử dụng các mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab đã đem lại hiệu quả bước đầu trong việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức của học sinh. Điều đó đã được thể hiện ở kết quả học tập của lớp thực nghiệm cao hơn so với lớp đối chứng. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Đối chiếu với mục đích nghiên cứu, đề tài luận văn đã cơ bản hoàn thành các nhiệm vụ đặt ra: - Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về quá trình dạy học, đặc biệt chú trọng về cơ sở lý luận của việc thiết kế phương án dạy học một bài, nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Matlab, nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức chương “Sóng ánh sáng” sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao 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 khi học xong chương. [...]... tế dạy học phần kiến thức chương Sóng ánh sáng sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai lầm phổ biến của học sinh Thiết kế phương án dạy học có sử dụng một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để tổ chức dạy học một số bài ở trong chương Sóng ánh sáng sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy. .. soạn thảo để ánh giá hiệu quả của phương án dạy học đã xây dựng và việc sử dụng các mô hình được thiết kế bằng phần mềm Matlab vào quá trình dạy học Như vậy, với việc sử dụng các mô hình được thiết kế bằng phần mềm Matlab trong quá trình giảng dạy chương Sóng ánh sáng sách giáo khoa Vật Lý 12 nâng cao, luận văn đã làm rõ được hiệu quả của việc sử dụng các mô hình trong quá trình giảng dạy Hơn nữa... với việc sử dụng phần mềm Matlab, giáo viên đã tạo cho học sinh có nhiều cơ hội tiếp cận với công nghệ thông tin, có cơ hội trao đổi các vấn đề với giáo viên, giúp đơn giản hoá các vấn đề trừu tượng trong chương Sóng ánh sáng sách giáo khoa – Vật lý 12 nâng cao, góp phần phát huy tính tích cực và tự chủ, bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh Các kết quả nghiên cứu có thể xem như là một tài liệu tham... khảo về phương pháp dạy học cho các giáo viên Vật Lý ở trường THPT Tuy nhiên, đề tài vẫn tồn tại một số hạn chế sau: Khi thực hiện bài giảng có sự hỗ trợ của phần mềm Matlab thì thời gian chuẩn bị tương đối nhiều, đòi hỏi giáo viên phải có kiến thức nhất định về CNTT, đặc biệt phải có kỹ năng lập trình phần mềm Matlab Đối với một số giáo viên điều này là khó Do đó, việc sử dụng kết quả của đề tài ứng... điều chỉnh, nhận định chính xác hơn, bổ xung và điều chỉnh để đề tài hoàn thiện hơn Mở rộng việc soạn thảo và sử dụng các mô hình vật lý theo hướng đã nghiên cứu ở các phần khác trong chương trình vật lí THPT đặc biệt là những phần liên quan đến những hiện tượng, thí nghiệm khó thực hiện trong thực tế góp phần nâng cao chất lượng dạy và học vật lí ở trường THPT Do điều kiện về thời gian, không gian... viên Vật lí 12, NXB Giáo Dục, 2011 4 Phạm Kim Chung, bài giảng phương pháp dạy học, 2011 5 Đặng Văn Đúc, Nguyễn Thị Thu Hằng, phương pháp dạy học theo hướng tích cực, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội, 2003 6 Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Vật lí 12 Nâng cao, NXB Giáo dục Việt Nam, 2011 7 Nguyễn Thế Khôi (tổng chủ biên), Vũ Thanh Khiết (chủ biên), Sách giáo viên Vật lí 12 Nâng cao, ... dục, NXB Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh, 2009 11 Ngô Diệu Nga, bài giảng chuyên đề phân tích chương trình Vật lí phổ thông, 2010 12 Nguyễn Trọng Sửu (chủ biên), hướng dẫn thực hiện chương trình, sách giáo khoa lớp 12 môn Vật Lí (Tài liệu dùng trong các lớp bồi dưỡng giáo viên thực hiện chương trình và sách giáo khoa lớp 12) , NXB Giáo dục, 2009 13 Phạm Hữu Tòng, Nguyễn Đức Thâm, Phạm Xuân Quế,... Giáo dục Việt Nam, 2011 8 Lê Viết Dƣ Khƣơng ,Matlab – Một công cụ tin học mạnh trợ giúp hữu hiệu việc giảng dạy và nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực khoa học và kĩ thuật – tuyển tập báo cáo hội thảo “Phát triển công cụ tin học trợ giúp cho giảng dạy, nghiên cứu và ứng dụng toán học”, Hà Nội, 4/1909, tr 55 – 74 9 Bùi Văn Loát, Thái Khắc Đinh,phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm hạt nhân, NXB Đại học Quốc... học phổ thông chu kì III (2004 – 2007) môn Vật lí, NXB Đại học Sư Phạm, 2003 14 Đỗ Hƣơng Trà, các kiểu tổ chức dạy học hiện đại trong dạy học Vật lí ở trường phổ thông, NXB Đại học Sư Phạm, 2011 15 Phạm Viết Vƣợng, giáo dục học đại cương, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2009 16 Tài liệu bồi dƣỡng giáo viên, đổi mới việc sử dụng phương tiện dạy học trong dạy học Vật lí, Đại học Sư Phạm Hà Nội, 8/2010 ... của đề tài ứng dụng rộng rãi trong dạy học là khó thực hiện được Tính ứng dụng của luận văn sẽ được phát huy tối đa khi các thiết bị công nghệ dạy học được trang bị đầy đủ, như máy tính chạy phần mềm, máy chiếu Projector… Do đó, nếu không được đáp ứng các nhu cầu trên, đề tài của luận văn khó phát huy được ưu thế 2 Hướng nghiên cứu tiếp theo của đề tài - Mở rộng số đối tượng thực nghiệm, ở những nơi . THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƢƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ 12 NÂNG CAO 2.1. Nội dung sách giáo khoa Vật lí 12 nâng cao. Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương " ;Sóng ánh sáng& quot; vật lý lớp 12 nâng cao Nguyễn Thị