Hai cách trên Mathematica đều cho kết quả như nhau
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
3.1. Mục đích của thực nghiệm sƣ phạm
Trên cơ sở hệ thống bài tập chúng tôi đã soạn thảo, chúng tôi tiến hành thực nghiệm nhằm đánh giá giả thuyết khoa học của đề tài. Để đạt được mục đích như vậy, thực nghiệm sư phạm cần có những nhiệm vụ sau:
- Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học đã soạn với việc sử dụng phần mềm toán học Mathematica hướng dẫn học sinh giải các giải các BTVL, làm cơ sở để sửa đổi bổ sung và hoàn thiện hơn.
- Sau khi tiến hành thực nghiệm sẽ tiến hành so sánh, đối chiếu kết quả của lớp thực nghiệm với lớp đối chứng để đánh giá chất lượng của hoạt động dạy học theo tiến trình đã soạn.
3.2. Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm
Việc thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại trường THPT Việt Đức – Hoàn Kiếm – Hà nội với đối tượng là học sinh lớp 12 Ban tự nhiên.
Lớp đối chứng là lớp 12TN5 có 37 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống, không có sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica.
Lớp thực nghiệm là lớp 12TN6 có 36 học sinh, dạy theo tiến trình đã soạn thảo có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giảng dạy giải BTVL.
Trình độ học tập môn Vật lý của 2 lớp gần như tương đương nhau.
3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Lớp đối chứng là lớp 12TN5 có 37 học sinh, dạy theo tiến trình cũ, truyền thống, không có sự hỗ trợ của phần mềm toán học Mathematica.
Lớp thực nghiệm là lớp 12TN6 có 36 học sinh, dạy theo tiến trình đã soạn thảo có sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giảng dạy giải BTVL.
Ở lớp đối chứng, chúng tôi dự giờ ghi chép lại mọi hoạt động của giáo viên và học sinh diễn ra trong tiết học.
Khi dạy lớp thực nghiệm, chúng tôi ghi hình tiết học, sau đó phân tích tiết học đó để rút kinh nghiệm, đánh giá tính khả thi của tiến trình đã soạn thảo, chỉ ra những điều chưa phù hợp của tiến trình soạn thảo, bổ sung, sửa đổi những điều cần thiết.
Cuối đợt thực nghiệm, chúng tôi đã giao cho học sinh một bài kiểm tra 20 phút để sơ bộ đánh giá hiệu quả của việc sử dụng phần mềm Mathematica trong việc dạy giải bài tập Vật Lý chương “Dòng điện xoay chiều” dựa trên hệ thống bài tập đã soạn thảo đối với việc nâng cao chất lượng nắm vững kiến thức và phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo của học sinh sau khi học chương học này.
3.4. Thời điểm thực nghiệm 15/10/2010 đến 17/11/2010 3.5. Phân tích kết quả thực nghiệm sƣ phạm
3.5.1. Tiêu chí để đánh giá
- Đánh giá tính khả thi của phương án thiết kế:
+ Căn cứ vào số bài học sinh giải đúng.
+ Căn cứ vào khả năng sử dụng phần mềm Mathematica.
+ Căn cứ vào thời gian để hoàn thành một bài tập của học sinh.
- Đánh giá căn cứ vào khả năng tích cực của học sinh khi tham gia hoạt động giải bài tập:
+ Khả năng phân tích hiện tượng vật lý cho trong bài tập để từ đó chỉ ra các mối liên hệ giữa các đại lượng vật lý trong lớp hiện tượng đang xét. (Học sinh nêu được câu hỏi thắc mắc như “Tại sao sử dụng phần mềm Mathematica lại cho phép giải được BTVL nhanh hơn?”)
+ Khả năng vận dụng linh hoạt kiến thức về dòng điện xoay chiều và kiến thức về phần mềm Mathematica.
+ Kết quả làm việc của nhóm: Đưa ra kết quả cuối cùng.
- Đánh giá kết quả học tập của học sinh bằng các chỉ số thống kê:
+ Phân tích các tham số đặc trưng
+ So sánh kết quả từ đồ thị phân bố tần suất và tần suất luỹ tích + Kiểm định giả thuyết thống kê.
3.5.2. Diễn biến thực nghiệm sư phạm - Tại lớp đối chứng
Dạy học theo phương pháp thông thường, không có sự hỗ trợ phần mềm Mathematica.
- Tại lớp thực nghiệm
Để chuẩn bị cho tiến trình thực nghiệm sư phạm diễn ra trong chương “Dòng điện xoay chiều” Vật Lý 12 nâng cao, chúng tôi yêu cầu học sinh đọc tài liệu tham
khảo về phần mềm Mathematica và tiến hành cài đặt, hướng dẫn học sinh sử dụng phần mềm Mathematica trong 2 tiết.
Chúng tôi cũng đưa hệ thống 17 bài tập cho học sinh, yêu cầu các em mang đề bài tập trong suốt tiến trình dạy học thực nghiệm. Cụ thể là:
HỆ THỐNG BTVL SỬ DỤNG PHẦN MỀM MATHEMATICA Bài 1A: Cho một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 1H, mắc vào mạch điện xoay chiều 220 V – 50Hz. Tính cảm kháng của cuộn dây và cường độ dòng điện qua nó.
Bài 2A: Cho một tụ điện có điện dung tụ C = 2.10-6 F, mắc vào một mạch điện xoay chiều có cường độ dòng điện chạy qua tụ là 3A và tần số là 50Hz. Tính dung kháng của tụ điện, tính điện áp hiệu dụng và cực đại 2 đầu tụ điện.
Bài 3A: Cho một máy biến áp lý tưởng làm việc bình thường có tỉ số 3
1 2 N
N , khi (U1,I1) = (360V, 6A) thì (U2, I2) bằng bao nhiêu?
Bài 4A: Đây là bài tập phát triển từ bài 1A
Cho một cuộn dây thuần cảm có độ tự cảm L = 1H, mắc vào mạch điện xoay chiều 220 V – 50Hz. (Tính cảm kháng của cuộn dây và cường độ dòng điện qua nó). Viết biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn dây biết pha ban đầu của điện áp là 0.
Bài 5A: Cho một máy phát điện xoay chiều 3 pha có biên độ suất điện động là E0 = 220 V, tần số f = 50Hz. Hãy viết biểu thức của các suất điện động cảm ứng xuất hiện trong 3 cuộn dây của máy phát điện
Bài 6A: (Đơn giản, áp dụng công thức, cho 3 đại lượng tính đại lượng còn lại) Cho một đoạn mạch xoay chiều RLC không phân nhánh có các điện áp hiệu dụng 2 đầu điện trở UR = 60V, 2 đầu cuộn dây thuần cảm là UL = 100V, 2 đầu tụ điện là UC = 40V. Tính điện áp hiệu dụng giữa 2 đầu đoạn mạch
Bài 7A: Bài tập phức tạp từ bài 1A 4A 7A
Cho một cuộn dây có độ tự cảm L = 1H, có điện trở trong là r = 2 mắc vào mạch điện xoay chiều 220 V – 50Hz.. Viết biểu thức của cường độ dòng điện qua cuộn dây biết pha ban đầu của điện áp là 0.
Bài 1B: (Bài tập đơn giản) Vẽ đồ thị biểu diễn điện áp xoay chiều theo thời gian t:
) 314 cos(
2
220 t
u (V)
Bài 2B: (Bài tập phức tạp) Vẽ đồ thị uR(t), uL(t), uC(t) trong mạch RLC xoay chiều không phân nhánh: Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40, một cuộn thuần cảm có hệ số tự cảm L = 0,254 H và một tụ điện có điện dung C = 63,66Fmắc nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có biểu thức là
t
i2 2cos314 (A). Vẽ đồ thị uR(t), uL(t), uC(t)
Bài 3B: Vẽ u(t) và i(t) trên cùng một hệ trục toạ độ (Phát triển tư duy từ bài 4A) Mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 0.004, một cuộn thuần cảm có hệ số tự cảm L = 0,204 H và một tụ điện có điện dung C = 63,66Fmắc nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có biểu thức là i2 2cos314t(A)
Vẽ u(t) và i(t) trên cùng một hệ trục toạ độ
Bài 4B: Vẽ đồ thị dòng 3 pha trong trường hợp tải đều trên cùng một hệ trục toạ độ )
)(
314 (cos 2
1 2 t A
i
) 3 )(
314 2 (cos 2
1 2 t A
i
) 3 )(
314 2 (cos 2
1 2 t A
i
Bài 5B: Bài tập đơn giản (Tìm tung độ hoặc hoành độ) Cho đồ thị dòng điện trong mạch xoay chiều là
t i2 2cos314 (A)
- Tìm i tại thời điểm t = 0.01(s) - Tìm thời điểm t để i = 2 (A) Bài 6B: Bài tập đơn giản
Cho đồ thị dòng điện trong mạch xoay chiều là t
i2 2cos314 (A)
Tìm các giá trị I0, chu kì T?
Bài 7B: Bài toán tìm R để Pmax
Cho một đoạn mạch RLC xoay chiều không phân nhánh có dung kháng ZL = 100, cảm kháng ZC = 50, được mắc vào mạng điện 220V. Tìm giá trị R để công suất tiêu thụ mạch đạt cực đại. Tìm giá trị cực đại này?
Bài 1C: Cho biểu thức cường độ dòng điện trong mạch điện xoay chiều RLC không
phân nhánh là i2 2cos(314t)(A) Hãy vẽ vector quay I Bài 2C: Biểu diễn đồng thời các vector quayU0R
, U0L , U0C
trong mạch RLC xoay chiều không phân nhánh: Cho mạch điện xoay chiều gồm một điện trở thuần R = 40, một cuộn thuần cảm có hệ số tự cảm L = 0,254 H và một tụ điện có điện dung C = 63,66Fmắc nối tiếp. Biết rằng dòng điện qua mạch có biểu thức là
t
i2 2cos314 (A). Biểu diễn đồng thời các vector quay U0R , U0L
, U0C
trên cùng một giản đồ (theo phương pháp Fresnel). Từ đó vẽ vectorU0
và biểu thức của u?
Bài 3C: Sử dụng giản đồ vector quay để giải bài toán điện áp cực trị tìm L để ULmax (Hoặc tìm C để UCmax) Cho mạch điện xoay chiều RLC. Điện áp giữa hai đầu mạch ổn định có biểu thức u200cos100t(V). Cuộn dây thuần cảm kháng có độ tự cảm L thay đổi được, điện trở R = 100, tụ điện có điện dung
104
C (F).
Xác định L sao cho điện áp UL đạt cực đại?
Sau đó chúng tôi tiến hành dạy các bài học trong chương “Dòng điện xoay chiều” Vật Lý 12 nâng cao và tiến hành thực nghiệm sư phạm trong các hoạt động dạy giải bài tập vật lý theo kế hoạch đã dự kiến ở mục 2.4.3, 2.5.1 và 2.5.2 như trình bày ở chương 2. Cụ thể diễn biến thực nghiệm về hoạt động hướng dẫn giải BTVL của giáo viên và hoạt động giải BTVL sử dụng phần mềm Mathematica của học sinh được trình bày như sau: