ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC THÁI VĂN DẦN THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học (bộ môn Vật lý) Mã số: 60 14 10 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM VẬT LÝ HÀ NỘI - 2013 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC, ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Loát Phản biện 1: TS. Phạm Kim Chung Phản biện 2: TS. Dương Xuân Quý Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ họp tại Trường Đại học Giáo dục - ĐHQGHN Vào hồi 14 giờ 30 ngày 19 tháng 01 năm 2014 Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin – Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội - Phòng Tư liệu Trường Đại học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Ngày nay, đứng trước những xu thế phát triển trên thế giới, đất nước ta đòi hỏi cần từng bước hoàn thành cuộc cách mạng công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Đẩy mạnh phát triển kinh tế, xã hội và hội nhập với thế giới, hơn lúc nào hết ngành giáo dục và đào tạo đang được Đảng và Nhà nước hết sức quan tâm, chú trọng. Với mục tiêu cung cấp nguồn nhân lực, đội ngũ những người lao động, những cán bộ khoa học kỹ thuật có trình độ kỹ thuật cao, có năng lực và tư duy sáng tạo. Chính vì vậy giáo dục cần có những chiến lược phát triển mới để phù hợp với xu thế của thời đại đáp ứng được nhu cầu của xã hội trong tương lai. Ngành giáo dục và đào tạo đang đứng trước những nhiệm vụ quan trọng của đất nước. Trong thời gian gần đây ngành đã không ngừng đổi mới chương trình, sách giáo khoa về nội dung, phương pháp nhằm nâng cao chất lượng dạy và học. Trong đó việc đổi mới phương pháp giảng dạy đóng vai trò hết sức quan trọng, đổi mới theo tinh thần phát huy tính năng động, sáng tạo, tích cực, tự lực của người học và tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin vào quá trình giảng dạy trong nhà trường và đổi mới ở tất cả các cấp học, bậc học. 1 Với sự phát triển bùng nổ của công nghệ thông tin và khoa học kĩ thuật trong giai đoạn hiện nay thì việc sử dụng những ứng dụng của công nghệ thông tin vào dạy học là rất cần thiết, góp phần không nhỏ trong việc đổi mới phương pháp giảng dạy, đem lại hiệu quả cao cho hoạt động giáo dục. Hiện nay các phần mềm hỗ trợ dạy học xuất hiện ngày càng nhiều và đa dạng với tính năng cải tiến, dễ sử dụng như phần mềm Maltab, phần mềm Flash, phần mềm Crocodile, phần mềm Mathematical… Trong số đó phần mềm Matlab là phần mềm được sử dụng khá phổ biến và rộng rãi hỗ trợ hiệu quả cho việc giảng dạy ở các trường đại học, cao đẳng, các trường trung học phổ thông. Sử dụng Matlab như một công cụ đắc lực, để mô phỏng các hiện tượng và tính toán các bài tập. Trong các trường cao đẳng và đại học không chuyên về vật lý các môn Vật lý đại cương nằm trong khối kiến thức cơ sở. Vật lý học là môn khoa học thực nghiệm, phương pháp nghiên cứu đặc thù của Vật Lý là phương pháp thực nghiệm. Khi giảng dạy vật lý ngoài kiến thức cần phải trang bị thêm cho sinh viên những kinh nghiệm về thực nghiệm. Đổi mới phương pháp dạy học Vật lý cần phải hướng vào việc tổ chức cho sinh viên hoạt động theo phương pháp thực nghiệm. Trong 2 chương trình Vật lý đại cương, 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, nội dung kiến thức trong chương được xây dựng từ hiện tượng quan sát được trong thực tế và từ thí nghiệm. Các hiện tượng, thí nghiệm không phải dễ dàng tiến hành được nên đã gây ra những khó khăn trong việc giảng dạy, học tập của giáo viên và sinh viên. Do đó, gây ra những hạn chế không nhỏ cho sinh viên trong việc nghiên cứu và vận dụng những kiến thức này để giải quyết những vấn đề trong thực tế. Từ những lí do trên, với mong muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học Vật lý, tôi chọn đề tài: “Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng” 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 đại cương dành cho hệ cao đẳng nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên. 3. Lịch sử nghiên cứu 3 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) - Thiết kế một số mô hình bằng phần mền Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý 12 nâng cao (Luận văn Thạc sĩ Nguyễn Thị Nga) Đối với việc giảng dạy ở THPT Luận văn Thạc sĩ của Nguyễn Thị Nga chưa đề cập tới vấn đề thực hành, chưa khai thác được thế mạnh của mô hình giao thoa và nhiễu xạ ánh sáng đã được xây dựng. Luận văn này hoàn chỉnh và phát triển các mô hình đã được Luận văn của Nguyễn Thị Nga xây dựng để phù hợp với nội dung và yêu cầu giảng dạy cho sinh viên cao đẳng. 4 4. Đối tượng và khách thể nghiên cứu - Nội dung một số bài học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng. - Phần mềm toán học Matlab - Hoạt động của giáo viên và sinh viên khi dạy và học các kiến thức về Sóng 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 sinh viên khi giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng? 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 đại cương dành cho hệ cao đẳng sẽ phát huy được tính tích cực nhận thức của sinh viên. 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. 5 - Nghiên cứu nội dung dạy học chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng. - 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 dung chương “Sóng ánh sáng” – Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng. - Các hoạt động dạy và học của giáo viên và sinh viên tại trường Cao đẳng Công nghệ và Kinh tế Công nghiệp. 9. Phương 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 hiện đại 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 đại cương ở trường cao đẳng hiện cụ thể chương “Sóng ánh sáng”. Nghiên cứu phần mềm Matlab và những tài liệu liên quan trong việc thiết kế, mô phỏng các hiện tượng Sóng ánh sáng phục vụ quá trình dạy học. 6 - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở trường Cao đẳng Công nghệ và Kinh tế Công nghiệp 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 sinh viên trong các giờ học vật lí. Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Matlab mô phỏng hiện tượng vật lý, giải các bài tập vật lý bằng các mô hình, phục vụ công tác giảng dạy. - 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. 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 tiễn của đề tài Chương 2: Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương “Sóng ánh sáng” Vật lý đại cương dành cho hệ cao đẳng. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 7 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở về phương 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 8 [...]... bằng thực nghiệm 15 2.3 Một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương Sóng ánh sáng – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng 2.3.1 Mô hình về nhiễu xạ ánh sáng 2.3.2 Mô hình về giao thoa ánh sáng 2.4 Thiết kế một số bài giảng dạy trong chương Sóng ánh sáng - Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng 2.4.1 Bài: Nhiễu xạ ánh sáng 2.4.2 Bài: Giao thoa ánh sáng 16 CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ... 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 giáo trình Vật Lý đại cương dành cho hệ cao đẳng, luận văn đã làm rõ được hiệu quả của việc sử dụng các mô hình trong quá trình giảng dạy Hơn... Vật Lý đại cương dành cho hệ cao đẳng nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và sinh viên, những sai lầm phổ biến của sinh viên 19 - Xây dựng 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 giáo trình Vật Lý đại cương dành cho hệ cao đẳng - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để. .. dung kiến thức chương Sóng ánh sáng – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng 2.1.1 Hàm sóng ánh sáng 2.1.2 Nhiễu xạ ánh sáng 2.1.3 Giao thoa ánh sáng 2.2 Kiến thức, kĩ năng sinh viên cần có sau khi học chương Sóng ánh sáng – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng 2.2.1 Kiến thức - Nêu được hiện tượng giao thoa sóng ánh sáng là gì - Viết được phương trình hàm sóng ánh sáng - Trình bày được một thí nghiệm... 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… 13 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG “SÓNG ÁNH SÁNG” – VẬT LÍ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG 2.1... tính khả thi cao của các mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab Nếu các mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab này được sử dụng rộng rãi sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy và học vật lý đại cương ở hệ cao đẳng KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 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 phương pháp dạy học, cơ sở lý luận của phương... Tính chất của mô hình * Tính tương tự với vật gốc” * Tính đơn giản * Tính trực quan * Tính quy luật riêng * Tính lý tưởng 1.5.3 Các loại mô hình sử dụng trong dạy học Vật lí * Mô hình vật chất * Mô hình lý tưởng ( hay mô hình lý thuyết) 1.5.4 Phương pháp mô hình trong dạy học vật lí 1.5.5 Ưu - nhược điểm của phương pháp mô hình trong dạy học vật lí 1.6 Một vài nét về phần mềm Matlab 1.6.1 Matlab và đặc... pháp mô hình trong dạy học vật lý, 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 giáo trình Vật Lý đại cương dành cho hệ cao đẳng và các tài liệu có liên quan nhằm xác định được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kỹ năng sinh viên cần đạt được - Tìm hiểu thực tế dạy học phần kiến thức chương Sóng ánh sáng ... Hổ, Vật lý đại cương (tập 3, dùng cho sinh viên các trường đại học kĩ thuật), NXB Giáo dục, 2004 5 Chu Văn Nguyên, Hoàng Đại Phong, Thái Văn Dần, Bài giảng vật lý đại cương (lưu hành nội bộ, dùng cho sinh viên trường Cao đẳng công nghệ và kinh tế công nghiệp), 2008 6 Phạm Kim Chung, bài giảng phương pháp dạy học, 2011 7 Đặng Văn Đúc, Nguyễn Thị Thu Hằng, phương pháp dạy học theo hướng tích cực, NXB Đại. .. với việc sử dụng phần mềm Matlab, giáo viên đã tạo cho sinh viên 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 giáo trình Vật Lý đại cương dành cho hệ cao đẳng, góp phần phát huy tính tích hóa cực hoạt động nhận thức của sinh viên Tuy nhiên, đề tài vẫn tồn tại một số hạn chế sau: - . muốn góp phần nâng cao chất lượng dạy và học Vật lý, tôi chọn đề tài: Thiết kế một số mô hình bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương Sóng ánh sáng – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng . thoa bằng thực nghiệm. 15 2.3. Một số mô hình thiết kế bằng phần mềm Matlab để giảng dạy chương Sóng ánh sáng – Vật lí đại cương dành cho hệ cao đẳng. 2.3.1. Mô hình về nhiễu xạ ánh sáng 2.3.2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC THÁI VĂN DẦN THIẾT KẾ MỘT SỐ MÔ HÌNH BẰNG PHẦN MỀM MATLAB ĐỂ GIẢNG DẠY CHƯƠNG SÓNG ÁNH SÁNG VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG DÀNH CHO HỆ CAO ĐẲNG Chuyên