ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRẦN Q NAM SỬ DỤNG NGƠN NGỮ LẬP TRÌNH MATHEMATICA ĐỂ GIẢI MỘT SỐ BÀI TOÁN VỀ “NĂNG LƢỢNG LIÊN KẾT VÀ SỰ PHÓNG XẠ CỦA HẠT NHÂN” TRONG CHƢƠNG TRÌNH SÁCH GIÁO KHOA VẬT LÝ LỚP 12 BAN NÂNG CAO LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM VẬT LÝ Chuyên ngành: Lý luận phƣơng pháp dạy học (Bộ môn Vật lý) Mã số: 60 14 10 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Văn Loát Hà Nội – 2011 BẢNG KÍ HIỆU VIẾT TẮT Cơng nghệ thơng tin truyền thông CNTT – TT Giáo viên GV Máy tính điện tử MTĐT Khoa học kỹ thuật KHKT Thiết bi dạy học TBDH Phƣơng tiện dạy học PTDH Học sinh HS Phƣơng pháp PP Phƣơng pháp dạy học PPDH Bài tập vật lý BTVL Thực nghiệm TN Đối chứng ĐC Sách giáo khoa SGK Công nghệ thông tin CNTT Trung học phổ thông THPT MỤC LỤC MỞ ĐẦU Trang Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu 3 Đối tƣợng nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phƣơng pháp nghiên cứu Đóng góp đề tài Cấu trúc Luận văn Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỂ TÀI 1.1 Khái quát chung nhiệm vụ trình dạy học 1.1.1 Khái chung 1.1.2 Nhiệm vụ trình dạy học 1.2 Mục đích đổi phƣơng pháp dạy học 1.2.1 Phƣơng pháp dạy học 1.2.2 Mối quan hệ mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp 1.2.3 Thực trạng việc dạy học 1.2.4 Sự cần thiết phải đổi phƣơng pháp dạy học 1.3 Định hƣớng đổi 1.4 Dạy học tích cực 10 1.4.1 Quan điểm phƣơng pháp dạy học tích cực 10 1.4.2 Phƣơng pháp dạy học tích cực 11 1.4.3 Những dấu hiệu PPDHTC 11 1.5 Một số vấn đề phƣơng pháp dạy học Vật lí 15 1.5.1 Đối tƣợng phƣơng pháp dạy học Vật lí 15 1.5.2 Nhiệm vụ phƣơng pháp dạy học Vật lí 15 1.5.3 Tính đặc thù phƣơng pháp dạy học Vật lí – Phƣơng pháp nhận thức Vật lí 15 1.6 Xu hƣớng đổi PPDH Vật lí 1.6.1 Xác định nhu cầu, phong cách học mơn Vật lí học sinh 1.6.2 Xây dựng hệ thống mục tiêu dạy học mơn Vật lí 1.6.3 Xác định yêu cầu nội dung dạy học mơn Vật lí 1.7 Lí luận tập vật lý 1.7.1 Lí luận tập Vật lí 1.7.2 Sử dụng tập Vật lí dạy học Vật lí Những yêu cầu chung dạy học tập Vật lí 1.7.3 Lựa chọn tập Vật lí 1.8 Ứng dụng CNTT dạy học Vật lí 1.8.1 Giáo dục công nghệ 1.8.2 Vai trò CNTT dạy học Vật lí 1.8.3 Khai thác sử dụng số phần mềm để dạy học môn Vật lí 1.8.4 Ƣu điểm hạn chế việc ứng dụng CNTT dạy học Vật lí 1.9 Mục đích giảng dạy số phản ứng hạt nhân cho học sinh phổ thông với hỗ trợ phần mền toán học Mathematica 1.9.1 Kết hợp phƣơng pháp dạy học tích cực với phần mềm toán học Mathematica giảng dạy phần phản ứng hạt nhân 1.9.2 Các bƣớc kết hợp hiệu phƣơng pháp dạy học tích cực với phần mềm tốn học Mathematica giảng dạy phần phản ứng hạt nhân Kết luận chƣơng Chƣơng 2: NHỮNG NÉT CƠ BẢN VỀ PHẦN MỀM TỐN HỌC MATHEMATICA PHÂN TÍCH MỘT SỐ DẠNG BÀI TẬP VỀ PHẦN PHẢN ỨNG HẠT NHÂN 2.1 Quá trình hình thành phát triển Mathematica 2.2 Mathematica hệ thống thực phép tính 2.2.1 Các tính tốn số 16 17 17 18 20 20 22 23 24 24 25 26 27 28 28 29 30 31 31 31 32 2.2.2 Phép tính ký hiệu 32 2.2.3 Vẽ đồ thị 2.3 Mathematica ngơn ngữ lập trình 2.4 Mathematica hệ thống biểu diễn kiến thức toán học 2.5 Mathematica mơi trƣờng tính tốn 2.6 Các lệnh Mathematica 2.7 Các lệnh Mathematica tính tốn số 2.7.1 Các toán tử số học 2.7.2 Các toán tử logic 2.7.3 Các thuật toán Mathematica 2.7.4 Các hàm 2.8 Đồ họa Mathematica 2.8.1 Đồ thị hàm biến 2.8.2 Đồ thị hàm hai biến ba chiều 2.8.3.Cấu trúc đồ thị 2.9 Phân tích số dạng tập phần phản ứng hạt nhân 2.9.1 Các dạng toán 2.9.2 Cơ sở lí thuyết phản ứng hạt nhân 2.9.3 Động học phản ứng hạt nhân Kết luận chƣơng Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 3.1 Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm sƣ phạm 3.2 Đối tƣợng phƣơng thức thực nghiệm sƣ phạm 3.2.1 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 3.2.2 Phƣơng thức thực nghiệm sƣ phạm 3.3 Phân tích đánh giá kết thực nghiệm sƣ phạm 3.3.1 Phân tích định tính diễn biến học trình TNSP 3.3.2 Kết thực nghiệm sƣ phạm lớp TN ĐC Kết luận chƣơng KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận 33 34 35 35 36 37 37 37 38 39 40 40 42 45 46 46 47 49 54 55 55 55 55 55 56 56 58 68 70 70 Khuyến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta kỷ nguyên kinh tế tri thức, bùng nổ thông tin phát triển mạnh mẽ khoa học công nghệ, làm cho mâu thuẫn lƣợng tri thức cần phải trang bị cho học sinh với thời lƣợng có hạn tiết học ngày trở nên gay gắt Trong bối cảnh đó, phƣơng pháp dạy học truyền thống mà chủ yếu thầy thơng báo kiến thức trị lắng nghe ghi chép khơng cịn phù hợp Đó tất yếu khách quan đòi hỏi phải đổi phƣơng pháp dạy học Đổi phƣơng pháp dạy học không cung cấp kiến thức mà phải xây dựng lực tƣ duy, lực giải vấn đề cho học sinh đồng thời phải rèn luyện cho học sinh phƣơng pháp nghiên cứu khoa học nói chung Vật lý học nói riêng Tuy nhiên, phƣơng pháp dạy học mơn khoa học tự nhiên nói chung mơn Vật lý nói riêng trƣờng phổ thơng mang nặng tính chất thơng báo, tái Học sinh đƣợc tạo điều kiện bồi dƣỡng phƣơng pháp nhận thức, rèn luyện tƣ khoa học, phát triển lực giải vấn đề Mặc dù mặt lý luận thực tiễn khách quan cho thấy hiệu quả, lợi ích to lớn việc dạy học điện tử, nhƣng tới công trình nghiên cứu, tài liệu phƣơng pháp xây dựng giảng điện tử sử dụng chúng trình dạy học để nâng cao chất lƣợng, đảm bảo cho học sinh nắm vững kiến thức phát huy óc sáng tạo chƣa đƣợc nhà lý luận dạy học quan tâm mức, việc triển khai cịn gặp nhiều khó khăn Đổi phƣơng pháp dạy học bên cạnh cung cấp kiến thức cho học sinh, cần phải rèn cho học sinh lực tƣ duy, lực giải vấn đề, lực làm việc độc lập lực tự nghiên cứu khoa học Tại trƣờng học phổ thông nƣớc nói chung địa bàn thành phố Hà Nội nói riêng, học sinh đƣợc tạo điều kiện rèn luyện tƣ duy, nhận thức cách logic, khoa học, lực tự giải vấn đề Trong đổi phƣơng pháp dạy học, cần phải có thời gian để dần chuyển từ phƣơng pháp dạy học truyền thống – giáo viên trung tâm, ngƣời truyền đạt kiến thức, ngƣời học tiếp thu kiến thức cách thụ động sang phƣơng pháp dạy học đại, lấy ngƣời học làm trung tâm Ở đây, giáo viên ngƣời đóng vai trị hƣớng dẫn ngƣời học chủ động tiếp cận kiến thức cách khoa học Có thể thấy rõ điều vơ lý mong muốn đƣa ngƣời học vị trí trung tâm giáo dục, ý kiến ngƣời học định hƣớng cho cách học cho phát triển giáo dục lại khơng quan tâm tới ý kiến, suy nghĩ ngƣời học Tuy muốn học sinh, sinh viên, học viên chủ động học tập, chủ động nghiên cứu trung tâm giáo dục, nhƣng lại tiến hành theo phƣơng thức gị bó, ép buộc, áp đặt mà khơng xem xét cơng việc có phù hợp với ý kiến ngƣời học, với thời đại không Việc ứng dụng công nghệ thơng tin vào q trình dạy học thời điểm hoàn toàn phù hợp với xu thời đại, trƣờng học thành phố, thị xã – nơi có điều kiện sở vật chất, nhanh chóng tiếp thu công nghệ Đặc biệt Hà Nội – trung tâm văn hóa, kinh tế, trị… nƣớc việc ứng dụng cơng nghệ vào dạy học hoàn toàn cần thiết khả thi Để đáp ứng nhu cầu đó, việc sử dụng phần mềm tốn học Mathematica giải pháp tối ƣu trình độ tin học giáo viên chƣa cao khơng nên chọn phần mềm mạnh nhƣng khó sử dụng Phần mềm Mathematica dễ sử dụng, có đầy đủ tính đồ họa, tính tốn đặc biệt công cụ mạnh việc giúp giáo viên xây dựng mơ hình vật lý cách dễ dàng, thuận tiện Đó lý giúp chọn đề tài “Sử dụng ngôn ngữ lập trình Mathematica để giải số tốn “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao” làm đề tài Luận văn thạc sĩ Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý luận giải tập Vật lý sử dụng hệ thống phần mềm Mathematica giải số tập thuộc phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” sách giáo khoa lớp nâng cao lớp 12 Tổ chức dạy học hệ thống tập soạn thảo nhằm góp phần nâng cao chất lƣợng dạy học Đối tƣợng nghiên cứu Hoạt động dạy, học giáo viên học sinh có hỗ trợ phần mềm toán học Mathematica việc giải tập vật lý Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu sở lý luận giải tập Vật lý, nghiên cứu phần mềm Mathematíca việc tổ chức dạy học vật lý nói chung dạy soạn thảo dạy số tập thuộc phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân” - Nghiên cứu vấn đề ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học vật lý trƣờng Trung học phổ thơng (THPT) nói chung, trƣờng THPT Cổ Loa nói riêng việc sử dụng phần mềm Mathematica nhằm hỗ trợ giải tập vật lý Phạm vi nghiên cứu Luận văn nghiên cứu q trình dạy học nói chung, dạy vật lý nói riêng trƣờng THPT có hỗ trợ phầm mềm toán học Mathematica việc giải tập vật lý, cụ thể giải số tập vật lý phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân” Với mục đích nâng cao khả ... tiện Đó lý giúp tơi chọn đề tài ? ?Sử dụng ngơn ngữ lập trình Mathematica để giải số toán “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân? ?? chương trình sách giáo khoa Vật lý lớp 12 Ban nâng cao” làm đề tài Luận... đích nghiên cứu Vận dụng lý luận giải tập Vật lý sử dụng hệ thống phần mềm Mathematica giải số tập thuộc phần “ lƣợng liên kết phóng xạ hạt nhân? ?? sách giáo khoa lớp nâng cao lớp 12 Tổ chức dạy học... toán học Mathematica việc giải tập vật lý, cụ thể giải số tập vật lý phần “ lượng liên kết phóng xạ hạt nhân? ?? Với mục đích nâng cao khả ứng dụng cơng nghệ thông tin, khả giải vấn đề, khả làm việc