SKKN Ứng dụng Matlab trong giảng dạy Vật lý Lớp 12 Trường THPT Trần Nguyên Hãn

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM 
ỨNG DỤNG MATLAB TRONG 
GIẢNG DẠY VẬT LÝ LỚP 12 
TRƯỜNG THPT TRẦN NGUYÊN HÃN 
 MỞ ĐẦU 
1. Lí do chọn đề tài 
 Kính thưa các đồng chí giáo viên đang giảng dạy vật lý. Môn vật lý với 
cấu thành từ hai yếu tố: Lý thuyết vật lý và lý thuyết toán học. Mọi bài toán 
vật lý bao giờ cũng bao gồm cả hai khía cạnh này. Trong suốt quá trình học 
tập và giảng dạy vật lý các đồng chí đã nắm bắt hầu hết các lĩnh vực kiến thức 
vật lý cổ điện và hiện đại. 
 Các em học sinh dễ dàng chấp nhận cách giải thích theo các thuyết, các 
định luật vật lý, nhưng không dễ chấp nhận được phương trình toán cho hiện 
tượng vật lý đó. Một lỗi đau đầu cho người dạy và người học là tồn tại các bài 
toán cồng kềnh phức tạp, mà kiến thức toán của học sinh chưa cho phép các 
em có thể tự luận giải được. Hơn nữa ở các lính vực lý thuyết vật lý các em 
không thể tránh khỏi các công thức toán học công kềnh như: phương trình dao 
động điều hòa, phương trình sóng, hay các bài toán về giá trị cực đại của công 
suất, của hiệu điện thế đối với các đoạn mạch xoay chiều 
 Nếu tiếp tục sử dụng các nhóm phương pháp thực nghiệm thì kết quả 
cũng không khá hơn. Các em không thể nhìn thấy hình dạng của dây truyền 
dao động, cũng không biết được lúc nào thì công suất của một mạch RLC cực 
đại kết quả vật lý khó lòng được các em công nhận. 
 Hơn nữa việc đổi mới phương pháp giảng dạy theo hướng sử dụng công 
nghệ thông tin đã trở thành một yêu cầu thiết yếu. Các phần mềm tin học được 
đưa vào để áp dụng một cách phổ biến không chỉ cho môn vật lý mà còn cho 
cả các môn học khác nữa. 
 Trong sáng kiến này tác giả đã cố gắng tập trung vào việc tìm ra một 
công cụ toán học hiệu quả để giải toán vật lý, điều quan trọng nhất là cố gắng 
mô phỏng hình ảnh dừng các hiện tượng vật lý, vẽ đồ thị phụ thuộc các đại 
lượng vật lý vào các đại lượng biến, qua đó giúp học sinh có thể quan sát và 
thu nhận thông tin bài học. Phân mềm Matlab với các tính năng phù hợp đã 
thuyết phục được tác giả sử dụng để nghiên cứu. Sáng kiến lấy tên là: “Ứng 
dụng Matlab trong giảng dạy vật lý lớp 12”. 
2. Mục đích nghiên cứu 
 Xây dựng phương án dạy học của một số nội dung phần chương “dao 
động cơ”, “sóng cơ”, “dòng điện xoay chiều” trong chương trình Vật lý lớp 12 
THPT, sử dụng phần mềm Matlab làm công cụ xử lý chính. Nhằm làm rõ một 
số kiến thức khó mà học sinh chưa thừa nhận. Khẳng định mối quan hệ chặt 
chẽ giữa toán học và vật lý. 
3. Nhiệm vụ nghiên cứu 
 Với mục đích nghiên cứu trên sáng kiến tập trung vào nhiệm vụ tìm ra 
phương pháp phù hợp để có thể thay đổi tình hình. Ứng dụng công nghệ thông 
tin vào giảng dạy vật lý. Chọn phần mềm toán học để mô tả và biểu diễn. 
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu. 
 a) Khách thể nghiên cứu: 
- Quá trình học vật lý lớp 12 của học sinh ở các nhà trường THPT. 
 - Việc giảng dạy kiến thức chương trình vật lý 12. 
 b) Đối tượng nghiên cứu: 
 - Phần mềm Matlab, và 3 chương nêu trên trong chương trình vật lý 12. 
5. Giả thuyết khoa học. 
 - Phương pháp trực quan thực nghiệm không thu hút được học sinh, học 
sinh không khai thác được kết quả từ các thí nghiệm, gây mất tổ chức. 
- Các bài toán vật lý trở thành thiếu căn cứ khi các phương trình không 
có lời giải, các hàm số không vẽ được đồ thị trong khả năng con người. 
6. Cấu trúc của sáng kiến 
Sáng kiến được viết theo hình thức một sách chuyên đề gồm 3 chương, 
và 2 mục: 
Mở đầu 
Chương I. Cơ sở lý luận và thực tiễn 
Chương II. Phần mềm Matlab 
Chương III. Ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy vật lý lớp 12 
Và cuối cùng là mục tổng kết, và kiến nghị 
CHƯƠNG I 
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 
1.1 Nhu cầu và định hướng đổi mới phương pháp dạy học 
 Luật giáo dục nước Cộng hoà Xã hội Chủ nghĩa Việt Nam đã qui định: 
“Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy 
sáng tạo của người học; bồi dưỡng năng lực tự học, niềm say mê học tập và ý 
chí vươn lên” (Luật giáo dục 1998, chương I, điều 4). 
 Nghị quyết Trung ương 2 khoá VIII đã khẳng định: “Phải đổi mới 
phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện 
thành nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương 
pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều 
kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại 
học”. 
 Những qui định này phản ánh nhu cầu đổi mới phương pháp giáo dục 
hiện nay nhằm đào tạo những con người có đủ trình độ và kĩ năng tham gia 
quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước. Từ đó làm nảy sinh và thúc 
đẩy một cuộc vận động đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học với 
những tư tưởng chủ đạo được phát biểu dưới nhiều hình thức khác nhau như: 
“lấy người học làm trung tâm”, “phát huy tính tích cực", “tích cực hóa hoạt 
động học tập", “hoạt động hóa người học” 
 Như vậy, phương pháp dạy học cần hướng vào việc tổ chức cho người 
học, học tập trong hoạt động và bằng hoạt động tự giác, tích cực và sáng tạo, 
được thực hiện độc lập hoặc trong giao lưu. Định hướng này có thể gọi tắt là 
“học tập trong hoạt động và bằng hoạt động" hay gọn hơn là “hoạt động hoá 
người học”. 
Định hướng đổi mới trên được cụ thể hoá qua những ý tưởng chính sau: 
 a) Xác lập vị trí chủ thể của người học, bảo đảm tính tự giác, tích cực, 
chủ động và sáng tạo của hoạt động học tập được thực hiện độc lập hoặc trong 
giao lưu. 
 b) Tri thức được cài đặt trong các tình huống có dụng ý sư phạm. 
 c) Dạy cách học và dạy tự học thông qua toàn bộ quá trình dạy học. 
 d) Tự tạo và khai thác những phương tiện dạy học để tiếp nối và gia 
tăng sức mạnh của con người. 
 e) Tạo niềm lạc quan học tập dựa trên lao động và thành quả của bản 
thân người học. 
 f) Xác định vai trò mới của người thầy với tư cách là người thiết kế, uỷ 
thác, điều khiển và thể chế hoá. 
Cụ thể là: 
 - Thiết kế: lập kế hoạch, chuẩn bị quá trình dạy học về mặt mục tiêu, nội 
dung, phương pháp, phương tiện và hình thức tổ chức. 
 - Uỷ thác: biến ý đồ của thầy thành nhiệm vụ học tập tự nguyện tự giác 
của trò, chuyển giao cho trò không phải những tri thức có sẵn mà là những 
tình huống để trò hoạt động và thích nghi. 
 - Điều khiển: kể cả sự điều khiển về tâm lý, bao gồm sự động viên, 
hướng dẫn, trợ giúp và đánh giá. 
 - Thể chế hoá: xác nhận những kiến thức mới phát hiện, đồng nhất hoá 
những kiến thức riêng lẻ mang màu sắc cá thể, phụ thuộc hoàn cảnh và 
chương trình về mức độ yêu cầu, cách thức diễn đạt và định vị tri thức mới 
trong hệ thống tri thức đã có, hướng dẫn vận dụng và ghi nhớ hoặc giải phóng 
khỏi trí nhớ nếu không cần thiết. 
1.2 Vai trò của công nghệ thông tin trong dạy học 
 1. Công nghệ thông tin và truyền thông làm những phần việc của thầy 
giáo. 
 Có những khi, công nghệ thực hiện một chức năng nào đó tốt hơn thầy 
giáo, ví dụ như hình ảnh đồ họa mà công nghệ thông tin cung cấp chính xác 
hơn nhiều, đẹp hơn nhiều và sinh động hơn nhiều so với hình vẽ trên bảng của 
thầy giáo, máy chấm bài nhanh hơn nhiều và khách quan hơn so với giáo viên. 
Tuy nhiên, không phải bất cứ trường hợp nào dùng công nghệ thông tin và 
truyền thông thay thầy giáo cũng là tối ưu. Vì vậy, người ta không đặt vấn đề 
thủ tiêu toàn bộ vai trò của người thầy trong quá trình dạy học. 
 2. Công nghệ thông tin đóng vai trò học sinh. 
 Trong trường hợp này, học sinh làm chức năng người dạy, máy tính 
điện tử - thành phần chủ chốt của công nghệ thông tin và truyền thông – đóng 
vai trò người học, tức là học sinh lập trình cho máy tính giải quyết một nhiệm 
vụ, và như vậy máy tính đã tạo cơ hội để học sinh học tập thông qua việc dạy. 
 3. Công nghệ thông tin và truyền thông làm chức năng phương tiện dạy 
học. 
 Với tính chất là phương tiện dạy học, những yếu tố sau đây của công 
nghệ thông tin và truyền thông thường được sử dụng và khai thác: 
 - Hệ soạn thảo văn bản (chẳng hạn như WinWord) 
 - Hệ quản trị dữ liệu (ví dụ như Access) 
 - Bảng tính điện tử (chẳng hạn Excel) 
 - Phần mềm trình diễn (ví dụ như PowerPoint) 
 - Phần mềm lập trình, vẽ hình (ví dụ Matlab, mathematica, Graph,Cabri 
...) 
 Các yếu tố này vốn không liên hệ trực tiếp với việc dạy học. Chúng là 
những dạng ứng dụng của công nghệ thông tin và truyền thông trong đời sống 
nói chung và hiện nay người ta đã khai thác được những ứng dụng đó đưa vào 
phục vụ giáo dục. 
1.3 Áp dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong đổi mới phương 
pháp dạy học 
 - Công nghệ thông tin và truyền thông tạo ra môi trường dạy học mới. 
 - Công nghệ thông tin và truyền thông góp phần đổi mới việc dạy học. 
 - Công nghệ thông tin và truyền thông tạo ra mô hình dạy học mới. 
 Trên đây là những trình bày của chúng tôi về việc đổi mới phương pháp 
giảng dạy, và sự cần thiết ứng dụng công nghệ thông tin vào giảng dạy các 
môn học nói chung và môn vật lý nói riêng. 
CHƯƠNG II 
PHẦN MỀM MATLAB 
2.1 Khái quát về phần mềm Matlab 
 Phần mềm Matlab được các nhà vật lý sử dụng như một công cụ tiện 
ích cho khảo sát, và xử lý số liệu vật lý. Matlab làm việc với số, vectơ và với 
ma trận (mảng). Phần mềm cho phép lập trình, vẽ đồ thị và tính toán trực tiếp 
trên máy vi tính; đồng thời cũng cho phép người sử dụng lấy số liệu trực tiếp 
từ các đồ thị đã vẽ bằng câu lệnh ginput. Từ đó cho phép người sử dụng có thể 
giải các bài toán về hàm, vẽ đồ thị và các đường phụ thuộc, đường cong đặc 
trưng trên máy tính. 
2.2 Các chức năng của phần mềm Matlab 
2.2.0 Các kí hiệu toán học mang tính riêng biệt của Matlab 
Trước khi đi vào thiêt lập các phép toán trong Matlab ta phải lưu ý một 
số kí hiệu toán học riêng dùng cho Matlab như sau: 
Kí hiệu của các phép toán Ý nghĩa thay thế của kí hiệu 
+ Phép cộng 
- Phép trừ 
* Phép nhân 
/ Phép chia 
^ Phép lũy thừa 
sqrt Khai căn bậc 2 
log Logarit cơ số tự nhiên e 
sin Lấy sin 
cos Lấy côsin 
tan Lấy tan 
exp Hàm e mũ 
Nem N.10m 
Khi sử dụng các kí hiệu toán học trên cho các số nguyên ta viết bình 
thường như ở