Tài liệu Sử dụng phần mềm toán học mathematica trong việc giảng dạy giải bài tập vật lý chương dao động cơ& lớp 12 trung học phổ thông

Đ Ạ I H Ọ C Q U Ố C G IA H À N Ộ I K H O A S ư PH A M TRẦN TH Ị HỒNG NHUNG SỬ D Ụ N G PH Ầ N M È M T O Á N H Ọ C M A T H E M A T IC A T R O N G V IỆ C G IẢ N G D Ạ Y G IẢ I B À I T Ậ P V Ậ T LÝ C H Ư Ơ N G “D A O Đ Ộ N G c ơ ” L Ớ P 12 T R Ư N G H Ọ C P H Ổ T H O N G C h u y ê n n g à n h : L ý lu ậ n v à P h ư ơ n g p h á p d ạ y h ọ c ( B ộ m ô n V ậ t lý ) M ã số : 60 14 10 L U Ậ• N V Ă N T H ẠÉ C s ĩ S Ư P H Ạ♦ M V Ậ• T L Ý N g ư ờ i h ư ớ n g dẫn kh o a học: G S .T S . T Ô N T Í C H Á I P G S .T S . N G U Y Ễ N T H Ị M Ỹ L Ộ C H À N Ộ I - 2008 M Ờ 9 Ẽ Á JH O a i Luận vãn này’ là kết qua cùa qu ả trình học tập và nghiên cửu củ a tôi tại khoa S ư phạm - Đ ạ i h ọc Q uốc g ia Hù Nội. Nhân d ịp nciy, tôi xin bày (ỏ lỏng biết ơn sâ u sắ c củ a minh tới cá c Thầy, cá c C ô tron g khoa S ư ph ạm - Đ ạ i học Q u ốc g ia H à N ội đ ã tận tình gia n g d ạ y và giú p đ ỡ tôi tron g qu ả trình rf học tập. Đ ặ c b iệ í tô i xin b à y to /ò n g b iết ơ n sâ u sắ c đến GS. TS Tôn Tích Ả i v à PG S. TS N gu yễn Thị M ỹ L ộc đ ã tận tình trự c tiế p h ư ớ n g d ẫ n , g iú p đ ỡ tỏ i tro n g q u á trình h oàn thành luận văn này. Tôi cũ n g x in g ư i lờ i cám ơn đ ến TS N gô D iệu N ga đ ũ ch o lô i nh ữ n g ý kiến đ ó n g g ó p , g iú p đ ỡ tô i tro n g su ố t q u á trình nghiên círu luận văn. Tôi xin g ử i lời cám ơn đến S ở G iáo dụ c và Đ à o tạo H ai Phòng, cảm ơn Ban giảm hiệu trư ờng TH PT chuyên Trần Phú (H ái Phòng), tậ p thể cá c g iá o viên vật lý ở các trường TPH T chuyên Trần Phú ịH ải Phòng), TH P T M arie C urie (H ải Phòng), TH PT H ồng B àng (H ài Phòng) đ ã tạo điều kiện thuận lợi , cỏ những ỷ kiến đón g g ó p đ ẻ giú p đ ỡ tỏi tron g qu á trình nghiên círu luận văn. X in cam ơn c á c bạn h ọ c viên lớ p Thạc s ĩ lý luận và p h ư ơ n g p h á p d ạ y h ọ c khóa 2 - K h oa s ư p h ạ m - Đ H Q G H à N ộ i v à g ia đình cù a tôi đ ã luôn ở bên , đ ộ n g viên , khích lệ tô i tro n g q u ả trình h ọ c tập. C u ố i cùng, tô i xin cam ơn c á c cá n bộ Trung tàm thư viện D H Q G H à N ộ i đ ã nhiệt tình , tạo đ iều kiện ch o tô i tro n g q u á trình thu th ậ p tà i liệu từ lúc hình thành ý tư ở n g đ ến khi hoàn thành luận ván. H à N ội, th á n g 12 năm 2 0 0 8 l á c g ia Trần Thị Hồng Nhung N H Ữ N G C H Ữ V IẾ T T Ắ T T R O N G L U Ậ N V Ă N BT Bài tập BTVL Bài tập vật lý CNTT Công nghệ thông tin ĐHQG Đại học Quốc gia. GV Giáo viên HS Học sinh H 1T1D H Hình thức tổ chức dạy học MTĐT Máy tính điện tử ND Nội dung PMDH Phần mềm dạy học PPDH Phương pháp dạy học PPGD Phương pháp giảng dạy QĐDH Quan điểm đạy học SGK Sách giáo khoa TBDH Thiết bị dạy học THPT Trường trung học phổ thông M ỤC LỤ C T rang M Ở Đ Ầ U .................................................................................................................................. 1 1. Tên đề tài................................................................................................... 1 2. Lý do chọn đề tài....................................................................................... 1 3. M ục tiêu nghiên cứu của đề tài................................................................................... 2 4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài.............................................................................2 5. Đ ố i tượng, khách thể nghiên cứu và đối tượng khảo sát của đề t à i ...............3 6. V ấn đề nghiên c ử u ............................................................................................................ 3 7. Giả thuyết khoa học của đề tà i............................................................................... 3 8. Phương pháp nghiên cứu của đề tài....................................................................... 3 9. Đóng góp của đề tài...................................................................................4 10. Cấu trúc của luận v ă n .............................................................................................. 4 Chương í : c ơ SỞ LÝ LUẬ N VỀ G IẢ N G D ẠY G IẢ I BÀI TẬP V Ậ T L Ỷ P H Ỏ THÔNG 1.1. Những vấn đề lí luận dạy học hiện đ ạ i.................................................................. 5 1.2. Vai trò, ý nghĩa CNTT trong dạy h ọ c ..............................................................12 1.3. Giới thiệu phần mềm toán học Mathematica......................................... 14 1.3.1. M ột số nét chính trong môi trường M athem atica.........................................15 1.3.2. Các lệnh cơ bản của Mathematica về tính toán bằng s ố ..........................17 1.3.3. Các tính toán đại sổ...........................................................................20 1.3.4. Các tính toán giải tích.......................................................................................23 1.3.5. Đồ họa trong Mathematica.............................................................................. 25 1.3.6. Mathematica là ngôn ngữ lập trình................................................................31 1.4. Những vấn đề lí luận về bài tập vật l ý ......................................................... 32 1.4.1. Khái niệm bài tập vật lý ....................................................................32 1.4.2. Vai trò của bài tập vật l ý ................................................................................32 1.4.3, Sử dụng BTVL trong dạy học vật lý................................................. 34 1.5. Phương pháp giải bài tập vật l ý ........................................................................... 38 1.5.1. Thực chất của hoạt động giải bài tập vật lý ....................................... 38 1.5.2. Các bước chung của việc giải một bài tập vật l ý .....................................43 1.6. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật l ý ........................................................... 46 1.6.1. Định hướng hành động của học sinh giải bài tập vật l ý .................... 46 1.6.2. Ba kiểu hướng dẫn học sinh giải bài toán.......................................... 47 1.6.3. Trình bày tóm tắt phương pháp giải bài tóan......................................53 1.6.4. Soạn lời hướng dẫn học sinh giải bài toán......................................... 56 K ết luận chương 1...................... ........................................................................................56 Chương 2 : THựC TRẠNG DẠY HỌC G IẢ I BÀI TẬP VẬT LÝ CHƯƠNG “ DAO ĐỘNG c ơ ” - LỚP 12 THPT HIỆN NAY VÀ XÂY DựNG HỆ THỐNG BÀI TẬP G IẢI BẰNG PHẦN MỀM TOÁN HỌC MATHEMATICA 2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương "Dao động cơ" - lớp 12 THPT... 58 2.1.1. V ị trí chương “ D ao động cơ” trong chương trình V ậ t lý 12 T H P T .... 58 2.1.2. Sơ đồ cấu trúc nội đung chương........................................................................59 2.1.3 M ục tiêu về nội dung kiến thức, k ỹ năng học sinh cần có sau khi h ọ c ..............................................................................................................59 2.2. Thục trạng dạy học giải BTVL chương “Dao động cơ” - lớp12 THPT........65 2.2 .1 . M ục đích điều tra....................................................................................................65 2.2.2. Phương pháp điều tra........................................................................................65 2.2 .3 . Kết quả điều tra khảo sát thực t ế ..................................................................... 66 2.3. Nguyên tắc xây dựng hệ thống bài tập vật l ý ..................................... 69 2.4. Xây dựng hệ thống bài tập chương “Dao động cơ” - lớp 12 THPT giải bằng phần mềm toán học Mathematica................................................70 2.4.1. Hệ thống bài tập chương “Dao động cơ”......................................................70 2.4.2. Sử dụng hệ thống bài tập..................... .................................................................73 2.4.3. Hướng dẫn học sinh giải bài tập vật lý chương “D ao động cơ” - lớp 12 THPT có sử dụng phần mềm toán học Mathematica............................73 K ết luận chương 2 .............................................................................................................. 96 Chương 3 : THựC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. M ục đích v à nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm .........................................97 3.2. Đ ố i tượng thực nghiệm thực nghiệm sư phạm ............................................... 97 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư p h ạm .....................................................................97 3.4. Thờ i điểm thực nghiệm sư phạm ..........................................................................98 3.5. T iến trình thực nghiệm sư phạm ........................................................................... 98 K ế t luận chương 3 ..............................................................................................................103 KẾT LUẬN CHUNG..........................................................................105 DANH MỰC T À I LIỆU THAM KH ẢO ..............................................106 PHỤ LỤ C ............................................................................................ M Ở ĐẨU 1. T ê n đề tài: s ử d ụ n g p h ầ n m ềm toán học McUhematỉca trong việc giảng dạy g iải bài tập vật lý c h ư ơ n g "D ao động cơ " - lớp 12 T H P T 2. L ý do chọn đề tài Định hướng đổi mới phương pháp dạy học đã được xác định trong Nghị quyết Trung ương 4 khoá vn, Nghị quyết Trung ương 2 khoá VIII, được thể chế hoá trong Luật Giáo dục (2005). Luật Giáo dục, điều 28.2 , đã ghi "Phương pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh ; phù hợp với đặc điểm của từng lóp học , môn học ; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, húng thú và trách nhiệm học tập cho học sinh" Một trong những định hướng đổi mới phương pháp giáo dục được thực hiộn theo định hướng tăng cường sử dụng các phương tiộn dạy học, thiết bị dạy học và đặc biệt lưu ý đến những ứng dụng của công nghệ thông tin. Theo quan điểm thông tin, học là một quá trình thu nhận thông tin có định hướng, có sự tải tạo và phát triển thông tin; dạy là phát thông tin và giúp người học thực hiện quá trình trên một cách có hiệu quả. Để đổi mới phương pháp dạy học , người ta tìm những "phương pháp làm tăng giá trị lượng tin, trao đổi thông tin nhanh hơn, nhiều hơn và hiệu quả hơn". Phát huy vai trò của người thầy trong quá trình sử dụng CNTT không thủ tiêu vai trò của người thầy mà trái lại còn phát huy hiệu quả hoạt động của thầy giáo trong quá trình dạy học. Trong những năm gần đây, ở nước ta đã có nhiều công trình nghiên cứu viộc đổi mới phương pháp giáo dục theo quan điểm ứng dụng CNTT và truyền thông như phần mềm hỗ trợ giảng bài, minh họa trên lớp với máy chiếu; phần mềm dạy học giúp học sinh học trên lóp và ở nhà; công nghệ kiểm tra, đánh giá bằng trắc nghiêm trên máy vi tính; sử dụng mạng Internet, thiết bị đa phương tiện để dạy h ọ c... Tuy nhiên, việc sử dụng CNTT trong dạy giải bài tập vật lý với tư cách là một phương pháp dạy học có tác dụng tích cực tói viộc 1 giáo dục và phát triển tư duy của học sinh, đồng thời là thước đo thực chất đúng đắn sự nắm vững kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo vật lý của học sinh thì chưa có nhiều công trình nghiên cứu. Trong khi đó, hiện nay trên thế giới đã có những phần mềm được sử dụng là một công cụ mạnh trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật cũng như trong lĩnh vực giáo dục đào tạo và đã được rất nhiều nước đang sử dụng. Mathematica là một trong những phần mểm đó. T ừ những lý do trên, với mong muốn sử dụng phần mềm M athem atical trong giảng dạy giải bài tập vật lý, nhằm nâng cao chất lượng dạy học vật lý trường T H P T , tồi đã chọn đề tài: s ử d ụ n g p h ầ n m ềm toán ở học M a them atìca trong việc g iả n g dạy giải bed tập vật lý ch ư ơ n g “D ao đ ộ n g c ơ ” - lớp 12 T H P T làm đề tài nghiên cứu. 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Vận dụng lí luận về giải BTVL, soạn thảo hệ thống bài %) và tổ chức hoạt động dạy học với hệ thống bài tập có sử dụng phần mềm toán học Mathematica thuộc chương “Dao động cơ” - lớp 12 THPT, góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Đe đạt được mục tiêu đề ta, chúng tôi xác định đề tài có những nhiệm vụ : - Nghiên cứu các quan điểm hiện đại về dạy học , nghiên cứu cơ sở lí luận về giải BTVL, nghiên cứu phần mềm toán học Mathematica. - Nghiên cứu nội dung và phân phối chương trình các kiến thức chương “D ao động cơ” và các tài liệu liên quan nhằm xác định được mức độ nội dung các kiến thức cơ bản và các kĩ năng học sinh cần nắm vững. - Tìm hiểu thực tế dạy học phần kiến thức chương “Dao động cơ” nhằm phát hiện những khó khăn của giáo viên và học sinh, những sai lầm phổ biến của học sinh. Từ đó, thử đề xuất nguyên nhân của các khó khăn, sai lầm đó và nêu các biện pháp khắc phục. - Soạn thảo hệ thống bài tập cỏ sử dụng phần mềm toán học Mathematica để giải và sử dụng hệ thổng bài tập này vào việc tổ chức hoạt động dạy học ở một số bài tập trong chương. 2 - Tiến hành thực nghiệm sư phạm theo tiến trình dạy học đã soạn thảo để đánh giá hiệu quả của nó với việc đưa phần mềm toán học Mathematica vào giảng dạy. 5. Đối tượng, khách thể nghiên cứu và đối tượng khảo sát của đề tài - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy và học môn Vật lý chương “Dao động cơ ” của giáo viên và học sinh lớp 12 - Đối tượng nghiên cứu: Phần mềm toán học Mathematica, ứng dụng vào giảng dạy giải B T V L chương “D ao động cơ” - lớp 12 T H P T . - Đ ối tượng khảo sát: H ọc sinh lớp 12TN 1, 1 2 T N 2 trường THPT chuyên Trần Phú. 6. Vấn đề nghiên cứu Sử dụng phần mềm toán học Mathematica như thế nào trong việc giảng dạy giải các bài tập vật lý chương “ Dao động cơ” - lớp 12 THPT để nâng cao chất lượng dạy học ? 7. G iả thuyết k h o a học củ a đề tài Nếu học sinh có kiến thức cơ bản về tin học và kiến thức vật lý của chương “D ao động cơ” - lớp 12 T H P T , giáo viên hướng dẫn hoạt động giải bài tập vật lý cho học sinh bàng cách khai thác, sử dụng phần mềm toán học Mathematica một cách hợp lý thì sẽ góp phần nâng cao chất lượng dạy học . 8. Phương pháp nghiên cứu của đề tài Để thực hiện được các nhiệm vụ trên , chúng tôi sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau: 8.1. P h ư ơ n g p h á p n g h iê n c ứ u tài liệu - Nghiên cứu các tài liệu về tâm lỉ học, về lí luận dạy học nói chung và tài liệu về lí luận dạy học vật lí nói riêng có liên quan đến đề tài, ií luận về dạy giải BTVL dùng làm cơ sở định hướng cho quá trình nghiên cửu. - Nghiên cứu các nội dung kiến thức cơ bản chương “ Dao động cơ” theo chương trình SGK Vật lí lớp 12 THPT, nhằm định hướng cho việc thực hiện mục đích nghiên cứu. 3 - Nghiên cứu tài liệu về phần mềm toán học Mathematica. 8.2. P h ư ơ n g p h á p n g h iên c ứ u th ự c n g h iệ m - Tim hiểu việc sử dụng máy tính phục vụ giảng dạy các môn học ở các trường trung học phổ thông. - T ìm h iể u v iệ c d ạ y v à h ọ c tin h ọ c h iệ n n a y ở c á c tr ư ờ n g T H P T . - Điều tra thực tế dạy và học các kiến thức chương “ Dao động cơ” , đặc biệt trong các giờ bài tập: xem giáo án, trao đổi vói giáo viên và học sinh, phát phiếu điểu tra cho giáo viên hiện đang dạy môn vật lý lớp 12 ở hai trường T H P T N g ô Q u y ề n v à T H P T c h u y ê n T rầ n P h ú , H ải P h ò n g . - Thực nghiệm sư phạm ở trường T H P T chuyên Trần Phú, H ải Phòng để đánh giá tính khả thi, hiệu quả của hộ thống bài tập vật lý được sử dụng phầm m ề m to á n h ọ c M a th e m a tic a s o v ớ i k h ô n g s ử d ụ n g p h ầ n m ề m đ ể g iả i, đ ể từ đ ó bổ sung hoàn thiện hơn các dạng bài tập có thể giải bằng phần mềm toán học Mathematica. 8.3. Phương pháp xử li thông tin: sử dụng thống kê toán học để xử lí số liệu điểu tra thực tế và thực nghiệm sư phạm. 9. Đóng góp của đề tài - Đề tài góp phần hoàn thiện lí luận và phương pháp dạy học Vật lý bậc THPT. - G iúp giáo viên vận dụng để sử dụng phần mềm toán học M athem atica vào dạy học giải B T V L chương “ D ao động cơ ” - lớp 12 T H P T thành công. 10. C ấ u trú c c ủ a L u ậ n văn Ngoài phần mở đầu, kết luận , danh mục tài liệu tham khảo và phụ lục , nội dung của luận văn được trình bày trong 3 chương : C H Ư Ơ N G 1 : C ơ SỞ LÝ LU Ậ N V Ề G IẢ N G D Ạ Y G IẢ I BTV L PH Ổ TH Ô N G C H Ư Ơ N G 2: T H ự C TRẠ N G D Ạ Y H Ọ C G IẢ I B T V L Đ Ộ N G C ơ ’ - L Ó P 12 T H P T H IỆ N N A Y V À X Â Y D ự N G T Ậ P B Ằ N G P H Ầ N M Ê M T O Á N H Ọ C M A T H E M A T IC A . C H Ư Ơ N G 3: T H ựC NGHIỆM SƯ PHẠM 4 C H Ư Ơ N G “D A O H Ệ TH Ó N G BÀ I CHƯƠNG 1 C ơ SỞ LÝ LUẬN • VỀ GIẢNG DẠY • G IẢI BÀI TẬP • VẬT LÝ PHỔ THÔNG 1.1. Những vấn đề lý luận dạy học hiện đại 1.1.1. Q uan đ iểm h iện đại về dạy học B ả n c h ấ t h à n h đ ộ n g của s ự học và chứ c n à n g c ủ a giáo viên trong sự tổ chức, kiểm tra , địn h hư ớ ng h à n h đ ộ n g học CƯQuan niệm về m ục đích dạy học Quan niệm truyền thống Quan niệm hiện đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Đào tạo trẻ em thành người lớn thông Xây dựng các chương trình đào tạo qua những người lớn tuổi hơn, những phù hợp với chủ thể, nhằm hình thành người hiểu biết, những hình mẫu. Lí các năng lực chuyên môn, năng lực xã luận dạy học thiên về mệnh lệnh, uy hội và cá nhân, khả năng hành động. quyền. Lí luận dạy học chú trọng năng lực tự chủ, khả năng giao tiếp. * b / Quan niệm vê nội dung dạy học Quan niệm truyền thống Quan niệm hiện đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Các nhà chuyên môn xác định những Người điêu khiên quá trình dạy học nội dung quan trọng, từ đó đề ra đưa ra những nội dung tiêu biểu, then những yêu cầu, tiêu chuẩn, những chốt, cũng như những vấn đề có ý điều bắt buộc. Sự lựa chọn nội dung nghĩa đối với đời sống xã hội. Sự lựa thiên về định hướng chuyên môn và là chọn nội dung mang tính liên môn và có sự thỏa thuận của người học. bắt buộc. 5 c / Q u a n n iệ m v ề p h ư ơ n g p h á p , p h ư ơ n g tiệ n d ạ y h ọ c . Quan niệm truyền thống Quan niệm hiện đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Các phương pháp truyên thụ và thông báo G iờ học là sự phôi hợp hoạt động của chiếm ưu thế, trong đó bao gồm định người dạy và người học trong việc lập hướng mục đích học tập và kiểm tra. ké hoạch thực hiện và đánh giá. Các phương pháp nặng về định hướng Dạy học theo hướng giải quyết vấn đề, hiệu quả truyền đạt. định hướng hành động chiếm ưu thế. d / Quan niệm vê đảnh giá Quan niệm truyền thống Quan niệm hiện đại (GV làm trung tâm) (HS làm trung tâm) Kêt quả học tập được đo và dự báo Không phải chí kêt quả học tập ma với nhiều phương pháp khác nhau. chính quá trình học tập mới là đối Dạy học và đánh giá là hai thành phần tượng đánh giá chủ yếu. Học sinh khác nhau của quá trình dạy học. được tham gia vào quá trình đánh giá. Chú trọng khả năng tái hiện tri thức Chú trọng việc ứng dụng fri thức trong các tình huống hành động. chính xác. Quá trình dạy học là quá trình hoạt động của giáo viên và của học sinh trong sự tương tác thống nhất biộn chứng của ba thành phần trong hệ dạy học, bao gồm: Giáo viên - H ọc sinh - Phương tiện hoạt động dạy học. M ỗi hoạt động diễn ra theo các pha: định hướng, chấp hành và kiểm tra. Cơ sở định hướng của hành động có tầm quan trọng đặc biệt với chất lượng, hiệu quả của hành động. Giáo viên có vai trò quan trọng trong việc giúp đỡ cho sự hình thành cơ sở định hướng khái quát hành động của học sinh. Cơ sở định hướng bao gồm những nội dung cơ bản nhất, cần thiết nhất cho sự thành công của hành động chủ thể. Hoạt động dạy của giáo viên phải có tác dụng chỉ đạo hoạt động học của học sinh phù hợp với con đường biện chứng của sự hình thành, phát triển và hoàn thiộn của hành động. 6 Theo quan điểm xã hội - tâm lý, học là hoạt động của tác nhân chiếm lĩnh kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách của cá nhân. Sự học là quá trình hình thành và phát triển của các dạng thức hành động xác định là sự thích ứng của chủ thể với tình huống qua đó chủ thể chiếm lũih kinh nghiệm xã hội lịch sử biến thành năng lực thể chất và năng lực tinh thần của cá nhân, hình thành và phát triển nhân cách cá nhân. Mỗi tri thức mới học được, có chất lượng phải là kết quả của sự thích ứng của người học với những tình huống mới xác định. Chính quá trình thích ứng này của người học là hoạt động xây dựng nên tri thức mới với tính cách là phương tiện tối ưu giải quyết tình huống. Dạy học là dạy hành động (hành động chiếm lĩnh tri thức và hành động vận dụng tri thức) và do đó trong dạy học, giáo viên cần tổ chức các tình huống học tập đòi hỏi sự thích ứng của học sinh để qua đó học sinh chiếm lĩnh được tri thức đồng thời phát triển trí tuệ và nhân cách toàn diện của mình. Trong sự vận hành của hệ tương tác dạy học gồm : Người dạy (giáo viên) Người học (học sinh) - Tư liệu hoạt động dạy học (môi trường) thì giáo viên là người tổ chức, kiểm tra, định hướng hành động của học sinh theo một chiến lược hợp lý sao cho học sinh tự chủ chiếm ĩmh, xây dụng tri thức của mình và do đó đổng thời năng lực trí tuộ và nhân cách toàn diện của học sinh từng bước phát triển. Có thể mô tả sự tương tác dạy học bằng sơ đồ như hình 2: Đ ịnh hướng Hoặt động đạỹ'học (Môi trường) H ìn h 2 7 tạo tình huông Hành động của giáo viên với tư liệu hoạt động dạy học là tổ chức tư liệu và qua đó cung cấp tư liệu, tạo tình huống cho hoạt động của học sinh. Tác động của giáo viên tới học sinh là sự định hướng của giáo viên đối với hoạt động của học sinh với tư liệu, định hướng của giáo viên với sự tương tác trao đổi giữa học sinh với nhau và qua đó định hướng cả sự cung cấp những thông tin liên hệ ngược từ phía học sinh cho giáo viên. Hành động học của học sinh với tư liệu hoạt động dạy học là sự thích ứng của học sinh vói tình huống học tập, đồng thời là hành động chiếm lĩnh, xây dựng tri thức cho mình. Tương tác trực tiếp của học sinh với nhau và giữa học sinh với giáo viên là sự trao đổi, tranh luận giữa các cá nhân và nhờ đó học sinh tranh thủ sự hỗ trợ từ phía giáo viên và tập thể học sinh. 1.1.2. Đ ổi m ới ph ư ơ n g p h á p dạy học ỉ . 1.2.ỉ . Quan điểm dạy học Quan điểm dạy học: là những định hướng tổng thể cho các hành động phương pháp, trong đó có sự kết hợp giữa các nguyên tắc dạy học làm nền tảng, những cơ sở lí thuyết của lí luận dạy học, những điều kiện dạy học và tổ chức cũng như những định hướng về vai trò của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học. Quan điểm dạy học là những định hướng mang tính chiến lược, cương lĩnh, là mô hình lí thuyết của phương pháp dạy học. Những quan điểm dạy học cơ bản: dạy học giải tích minh hoạ, dạy học gắn với kinh nghiệm, dạy học kế thừa, dạy học định hướng học sinh, dạy học định hướng hành động, dạy học định hướng mục tiêu, dạy học giải quyết vấn đề, dạy học theo tình huống, dạy học giao tiếp, dạy học nghiên cứu, dạy học khám phá, dạy học mở. 1.1.2.2. Tiến trình dạy học Tiến trình dạy học mô tả cấu trúc của quá trình dạy học theo một trình tự xác định của các bước dạy học, quy định tiến trình dạy học, quy định tiến trình thời gian, tiến hành logic hành động. Tiến trình dạy học còn được gọi là các bước dạy học hay tiến trình lí luận dạy học, tiến trình phương pháp. 8 ỉ . 1 .2 .3 . P h ư ơ n g p h á p d ạ y h ọ c PPDH là cách thức hành động của giáo viên và học sinh trong quá trình dạy học. Cách thức hành động bao giờ cũng diễn ra trong những hình thức cụ thể. Cách thức và hình thức không tách nhau một cách độc lập. PPDH là những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viên và học sinh trong những điều kiộn dạy học xác định nhằm đạt mục đích dạy học. PPDH là những hình thức và cách thức, thông quan đó và bằng cách đó GV và HS lĩnh hội những hiên thực tự nhiên và xã hội xung quanh trong những điều kiộn học tập cụ thể. 1.1.2.4. Định hướng đổi mới phương p h á p dạy học Có thể nói cốt lõi của đồi mới dạy và học là hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động: Đ ổi mới nội dung và hình thức hoạt động của GV và H S, đổi mới hình thức tổ chức dạy học, đổi mới hình thức tương tác xã hội trong dạy học với định hướng: + / Bám sát m ục tiêu giáo dục phổ thông. + / Phù hợp với nội dung dạy học cụ thể. + / Phù hợp với đặc điểm lứa tuổi HS. + / Phù hợp với cơ sở vật chất, các điều kiộn dạy học của nhà trường. + / Phù hợp vói việc kiểm tra, đánh giá kết quả dạy- học. + / Kết hợp giữa viêc tiếp thu và sử dụng có chọn lọc, có hiệu quả các PPDH tiên tiến, hiện đại với việc khai thác những yếu tố tích cực của các PPDH truyền thống. + / Tăng cường sử dụng các phương tiện dạy học, thiết bị dạy học và đặc biột lưu ý đến những ứng dụng của công nghệ thông tin. 1.1.2.5. M ục đích của đổi mới phương ph á p dạy học V iệc thực hiện đổi mới chương trình giáo dục phổ thông đòi hỏi phải đổi mới đồng bộ từ m ục tiêu, nội dung, phương pháp, PTDH đến cách thức đánh giá kết quả dạy học, trong đó đổi mới PPDH được coi là khâu đột phá. Mục đích của việc đổi mới PPDH ở trường phổ thông là thay đổi lối dạy học truyền thụ một chiểu sang dạy học theo “phương pháp dạy học tích cực” nhằm giúp HS phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo, rèn luyện 9 thói quen và khả năng tự học, tinh thần hợp tác, kĩ năng vận dụng kiến thức vào những tình huống khác nhau trong học tập và trong thực tiễn; tạo niềm tin, niềm vui, hứng thú trong học tập. Làm cho “học” là quá trình kiến tạo; HS tìm tòi, khám phá, phát hiộn, luyện tập, khai thác và xử lý thông tin ....tự hình thành hiểu biết, năng lực và phẩm chất. Tổ chức hoạt động nhận thức cho HS, dạy HS cách tìm ta chân lí. Chú trọng hình thành năng lực (tự học, sáng tạo, hợp tá c ...) dạy phương pháp và kĩ thuật lao động khoa học, dạy cách học. Học để đáp ứng những yêu cầu của cuộc sống hiện tại và tương lai. Những điều đã học cần thiết, bổ ích cho bản thân HS và cho sự phát triển xã hội. 1.1.2.6. Đ ặc trưng cơ bàn cùa phương p h á p dạy học tích cực a/ Dạy học táng cường phát huy tính tự tin, tích cực, chủ động, sáng tạo thông qua tổ chức thực hiện các hoạt động học tập của học sinh. D ạy học thay vì lấy “D ạy” làm trung tâm sang lấy “H ọc” làm trung tâm. Trong phương pháp tổ chức, người học - đối tượng của hoạt động “dạy”, đồng thời là chủ thể của hoạt động “học” - được cuốn hút vào các hoạt động học tập do G V tổ chức và chỉ đạo, thông qua đó tự lực khám phá những điều mình chưa rõ, chưa có chứ không phải thụ động tiếp thu những tri thức đã được GV sắp đặt. b/ D ạy học chú trọng rèn luyện phương pháp và phát huy năng lực tự học của học sinh. PPDH tích cực xem việc rèn luyện phương pháp học tập cho HS không chỉ là một biện pháp nâng cao hiệu quả dạy học mà còn là một mục tiêu dạy học. Trong xã hội hiện đại đang biển đổi nhanh , với sự bùng nổ thông tin khoa học, kỹ thuật, công nghệ phát triển như vũ bão thì không thể nhồi nhét vào đầu óc HS khối lượng kiến thức ngày càng nhiều. Trong các phương pháp học thì cốt lõi là phương pháp tự học. Nấu rèn luyện cho HS có được phương pháp, kỳ năng, thói quen, ý chí tự học thì sẽ tạo cho họ lòng ham học, khơi dậy nội lực vốn có trong mỗi con người, kết quả học tập sẽ được nhân lên gấp bội. 10 c / D ạy học phân hóa kết hợp với hợp tác. Trong một lớp học trình độ kiến thức, tư duy của HS thường không thể đồng dều, vì vậy khi áp dụng PPDH tích cực buộc phải chấp nhận sự phân hóa về cường độ, mức độ, tiến độ hoàn thành nhiệm vụ học tập, nhất là khi bài học được thiết kế thành một chuỗi hoạt động độc lập. Áp dụng PPDH tích cực ở trình độ càng cao thì sự phân hóa này càng lớn. Tuy nhiên, trong học tập, không phải mọi tri thức, kĩ năng, thái độ đều được hình thành bằng những hoạt động độc lập cá nhân. Lớp học là môi trường giao tiếp thầy - trò, trò - ừ ò, tạo nên m ối quan hệ hợp tác giữa các cá nhân trên con đường chiếm lĩnh nội dung học tập. B ả n g 1. So sánh phư ơ ng p h á p dạy học tích cực và phương p h á p dạy học th ụ động Dạy học thụ động Dạy học tích cực 1. Tập trung vào hoạt động của giáo 1. Tập trung vào hoạt động của học viên sinh 2. Giáo viên thuyết trình là chính. 2. Giáo viên thiết k ế tổ chức, định hưáng các hoạt động của học sinh 3. H ọc sinh lắng nghe lời giảng của 3. Học sinh chủ động, tích cực tham gia giáo viên, ghi chép và học thuộc. hoạt động học tập 4. Giáo viên cố gắng truyền đạt hết 4. Giáo viên huy động vốn kiến thức và những kiến thức và kinh nghiệm của kinh nghiệm sống của học sinh để xây mình để hoàn thành bài giảng dựng kiến thức. 5. G iao tiếp Thầy- Trò nổi lên hàng 5. Quan hộ Thầy - Trò; Trò - Trò, hợp đầu tác với bạn. 6 . H ọc sinh trả lời theo sách giáo 6 . Khuyến khích học sinh nêu những ý khoa và theo vở ghi kiến cá nhân về vấn đề đang học 7. Giáo viên cho ví dụ mẫu rồi yêu 7. Học sinh tự xác định vấn đề và giải 11 Dạy học thụ động Dạy học tích cực cầu học sinh làm những trường hợp quyết vấn đề. tương tự 8. Không phát huy được tính tích 8. Khuyến khích học sinh nêu thắc mắc cực học tập của học sinh tham gia trong khi nghe giảng xây dựng bài. 9. H ọc sinh lộ thuộc hoàn toàn vào 9. H ọc sinh làm bài tập có sáng tạo TLGK và sự thuyết trình của giáo viên. 10. Giáo viên độc quyền đánh giá 10. G iáo viên khuyên khích học sinh và cho điểm c ố định, đánh giá theo nhận xét, bổ sung câu trả lời của bạn sư ghi nhớ thông tin có sẵn. 1.2. Vai trò, ý nghĩa công nghệ thông tin trong dạy học T hế giới bước vào kỉ nguyên mới nhờ tiến bộ nhanh chóng của viộc ứng dụng CNTT vào tất cả các lĩnh vực. Trong giáo dục - đào tạo, CNTT đã góp phần hiộn đại hoá phương tiện, thiết bị dạy học góp phần đổi mới phương pháp dạy học 1.2.1. D ạy và học theo q u a n điểm công n g h ệ th ô n g tin Theo quan điểm thông tin, học là một quá trình thu nhận thông tin có định hướng, có sự tái tạo và phát triển thông tin; dạy là phát thông tin và giúp người học thực hiện quá trình trên một cách có hiệu quả. Theo quan niệm CNTT, đổi mới PPDH, người ta tìm những “phương pháp làm tăng giá trị lượng tin, trao đổi thông tín nhanh hơn, nhiều hơn và hiệu quả hơn”. a! N h ờ có s ự p h á t triển của khoa h ọc k ĩ thuật, q u á trình d ạ y h ọc đ ã sử dụng P T D H sa u đ â y : + / Phim chiếu để giảng bài với đèn chiếu Overhead. + / Phần m ềm hỗ trợ bài giảng, minh hoạ trên lớp với LCD-Projector (m áy chiếu tinh thể lỏng). 12 +/ Phần mềm dạy học giúp học sinh học trên lớp và ở nhà. +/ Công nghệ kiểm tra, đánh giá bằng thực nghiệm trên máy tính. +/ Sử dụng mạng Internet, thiết bị đa phương tiện (multimedia), networking để dạy học bỉ Dạy học với phương tiện hiện đại trên s ẽ có các ưu th ế sau: +/ GV chuẩn bị bài dạy một lần thì có thể sử dụng được nhiểu lần. +/ Các phần mềm dạy học có thể thực hiộn các thí nghiệm ảo, sẽ thay thế GV giảng dạy thực hành, tăng tính năng động cho người học, giúp HS học theo khả năng. +/ Các phương tiện hiện đại sẽ tạo ra khả năng để GV trình bày bài giảng của mình sinh động hơn, dễ dàng cập nhật và thích nghi với sự thay đổi nhanh chóng của khoa học hiộn đại. +/ Các phương tiện sẽ hỗ trợ, chuẩn hoá các bài giảng mẫu, đặc biột đối với các phần khó giảng, những khái niệm phức tạp. +/ HS không bị thụ động có nhiều thời gian nghe giảng để đào sâu suy nghĩ.. ..và điều quan trọng hơn là nhiểu học sinh được dự và nghe giảng bài của nhiều GV giỏi. Sử dụng phần mềm dạy học làm phương tiện dạy hỗ trợ dạy học một cách hợp lí sẽ cho hiệu quả cao, bởi lẽ khi sử dụng phần mềm dạy học bài giảng sẽ sinh động hơn, sự tương tác hai chiều được thiết lập, HS được giải phóng khỏi những công viộc thủ công vụn vặt, tốn thời gian, dễ nhầm lẫn, nên có điều kiện đi sâu vào bản chất bài học. Sử dụng CNTT để dạy học, PPDH cũng thay đổi, GV là người hướng dẫn HS học tập chứ không đơn thuần chỉ là người rót thông tin vào đầu HS. GV cũng phải học tập thường xuyên để nâng cao trình độ về CNTT, sử dụng có hiệu quả CNTT trong học tập. HS có thể lấy thông tin từ nhiều nguồn phong phú khác nhau. Lúc này HS phải biết đánh giá và lựa chọn thông tin, không còn chỉ đơn thuần nhận thông tin một cách thụ động vì nguồn thông tin vô cùng phong phú. 13 1.2.2. C ông n g h ệ th ô n g tin với vai trò p h ư ơ n g tiện, th iế t bị dạy học CNTT với vai trò phương tiện, thiết bị dạy học cần đảm bảo các yêu cầu: - Sử dụng CNTT như công cụ dạy học cần được đặt trong toàn bộ hệ thống các phương pháp dạy học nhằm phát huy sức mạnh tổng hợp của cả hộ thống đó. - M ỗi PPDH đều có những chỗ mạnh, chỗ yếu, ta cần phải phát huy những chỗ mạnh, hạn chế những chỗ yếu của mỗi phương pháp. - Phát huy vai trò cùa người thầy trong quá trình sử dụng CN TT như phương tiện dạy học, thiết bị dạy học ta vẫn cần tìm cách phát huy tác dụng của GV nhưng theo những hướng không hoàn toàn giống nhau như trong dạy học thông thường. G iáo viên cần lập k ế hoạch cho những hoạt động của mình trước, trong và sau khi học sinh học tập trên máy vi tính. - Sử dụng CNTT như phương tiện dạy học, thiết bị dạy học , không phải chỉ nhằm thí điểm dạy học với CNTT mà còn góp phần dạy học về CNTT. Hiệu quả của việc sử dụng máy vi tính ngay trong quá trình dạy học có tác dụng gây động cơ học tập những nội dung tin học. v ả lại chính những nội dung của tin học và công cụ của tin học cũng là m ột trong những nội dung tin học cần truyền thụ.Để phát huy tác dụng tích cực của việc sử dụng CNTT vào việc sử dụng tin học ở những lúc thích hợp (không nhất thiết là ngay khi dạy học trên m áy). G V có thể bình luận về hiệu quả của máy vi tính, về vai trò của con người thể hiộn trong việc lập trình. 1.3. Giới thiệu phần mềm toán học Mathematica Mathematica được phát hành lần đầu tiên vào năm 1988 bởi hãng Wolfram Research, là hệ thống nhằm thực hiện các tính toán toán học trên máy vi tính. Mathematica là tổ hợp các tính toán bằng kí hiệu, tính toán bằng số, vẽ đồ thị và là ngôn ngữ lập trình tinh vi. Khi version 1 của Mathematica được phát hành với mục đích chính là đưa vào sử dụng cho các ngành khoa học vật lý, công nghệ và toán học. Cùng với thời gian Mathematica thực sự trở thành phần mềm quan trọng trong nhiều lĩnh vực khoa học khác. Ngày nay, 14