MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Xuất phát từ xu thé hội nhập và toàn cầu hoá, gắn với sự phát triển chung của thế giới, việc ứng dụng CNTT trong mọi mặt đời sống là điều kiện tiên quyết dé phát triển kinh tế xã hội. Một trong những nhiệm vụ trọng tâm trong sự phát triển bền vững của mỗi quốc gia đó là ưu tiên hàng đầu cho giáo dục. Việc ứng dụng CNTT trong giáo dục thể hiện sự lớn mạnh về khoa học, về công nghệ, về kinh tế của một đất nước.
Một dat nước muốn phát triển nhanh và bền vững thì nền kinh tế tri thức phải được ưu tiên hàng đầu. CNTT đã làm thay đổi căn bản bức tranh của nên kinh tế tri thức đó. Dé hội nhập thế giới công nghệ, đáp ứng yêu cầu đào tạo nguồn nhân lực công nghệ cao phục vụ phát triển kinh tế - xã hội, giáo dục thực sự phải đi trước, đón đầu và đổi mới. Trước tiên người làm giáo dục từ trung ương đến địa phương cần đổi mới tư duy, sang tạo, va hiểu được tầm quan trọng của việc ứng dụng CNTT trong giáo dục, va coi việc ứng dụng CNTT trong giáo duc là một trong những nhiệm vụ trọng tâm hàng đầu trong thời đại mới hiện nay.
Chiến lược phát triển giáo dục 2001- 2010 của Chính phủ đã nhận định: “Sự đổi mới và phát triển giáo dục đang diễn ra ở quy mô toàn cầu tạo cơ hội tốt để giáo dục Việt Nam nhanh chóng tiếp cận với các xu thế mới, tri thức mới, những cơ sở lý luận, phương thức tổ chức, nội dung giảng dạy hiện đại và tận dụng các kinh nghiệm quốc tế đổi mới va phát triển”. Chỉ thị số 29/2001/CT BGD&ĐT ngày 30 tháng 7 năm 2001 của Bộ GD&DT về tăng cường giảng day, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2001-2005 nêu rõ: “CNTT va đa dạng phương tiện sẽ tao ra những thay đổi lớn trong hệ thống quản lý giáo dục, trong chuyên tải nội dung chương trình đến người học, thúc đây cuộc cách mạng về phương pháp dạy và học”. Với yêu cầu phát triển kinh tế như hiện nay và yêu cầu trong sự nghiệp đổi mới, phát triển giáo dục thời đại mới thì việc ứng dụng CNTT là hoàn toàn phủ hợp, thé hiện được tư duy sáng tạo trong phong cách quản lý của người làm giáo dục, và thé hiện được sự quan tâm sâu sắc, đầu tư của Dang và Nhà nước cho sự nghiệp phát triển giáo dục. Toán học là một môn khoa học hết sức quan trọng, nếu không muốn nói là môn khoa học quan trọng bậc nhất.
Toán học có tầm ảnh hưởng lớn tới sự phát triển của nhiều ngành khoa học khác. Đặc biệt trong thời đại số hiện nay toán học lại cảng thé hiện được vị thế của mình. Trong dạy học, toán học còn giữ một vai trò rất quan trọng, thúc day phát triển tư duy, năng lực sáng tạo, thế giới quan khoa học cho học sinh. Thời lượng học tập môn toán thường chiếm vị trí lớn nhất trong tất cả các môn học trên lớp, với một lượng kiến thức không lồ, bản thân môn toán lại hết sức trừu tượng, phức tạp, và có tính logic rất cao, yêu cầu học sinh phải nắm vững kiến thức cũ mới có thể tiếp thu được kiến thức mới.
Chính điều đó làm cho việc học tập môn toán trở nên khó khăn hơn, nhiều học sinh bị mai một mất gốc dần không theo kịp kiến thức trên lớp, các em trở nên sợ học toán. Vì vậy vài năm trở lại đây Bộ GD&DT đã đưa ra nhiều phương pháp nhằm tháo gỡ bề tac nay cho các em như: giảm tải chương trình, tăng hoạt động dạy học trực quan, tích cực xây dựng mô hình mô phỏng, sử dụng trang thiết bị trong giờ giảng nhằm nâng cao hiệu quả học tập cho học sinh. Bộ môn hình học phổ thông nói riêng cũng không nằm ngoài quy luật trên. Kiến thức hình học của học sinh được thé hiện trên cả hai phương diện: kỹ năng vẽ hình và kỹ năng suy diễn hình học.
Hai phương diện này có quan hệ mật thiết với nhau, vẽ hình đúng và chính xác sẽ trợ giúp cho quá trình tái hiện và suy diễn hình học của học sinh tốt hơn và ngược lại các em có kỹ năng suy diễn hình học tốt phải được thê hiện băng các hình vẽ mô phỏng đúng, đảm bảo tính logic, có bố cục chặt chẽ, sáng sủa, dễ hiểu. Chính vì vậy trong quá trình học tập cần phải trang bị cho học sinh cả hai phương diện này. Đề đạt được kết quả như mong muốn, trong quá trình giảng dạy giáo viên cần phải xây dựng được các mô phỏng tốt, trực quan, sinh động, dễ hiểu, làm mô phỏng minh họa cho học sinh. Về phía học sinh cần có công cụ trợ giúp hướng dẫn các em tích cực thực hành để biểu đạt, khám phá, kiểm nghiệm lại kiến thức mình đã được học, làm sáng tỏ các vấn đề còn vướng mắc, chưa hiểu, để khắc sâu và nắm bắt kiến thức một cách chủ động, toàn diện.
Ngày nay nhờ công nghệ đồ họa máy tính phát triển, xuất hiện rất nhiều các phần mềm hỗ trợ tính toán và vẽ hình học hữu ích phục vụ cho công tác giảng dạy và học tập hình học, ví dụ một số phần mềm hàng đầu hiện nay như: Cabri3D, Archimest geom, Geometer’s skecthpad, maple. Tuy nhiên, đây là những phan mềm yêu cầu người sử dụng phải có kỹ năng nhất định, mang tính thiết kế cao, đối tượng chủ yếu là đành cho giáo viên, đa số học sinh khó có thể tiếp cận. MATLAB là phần mềm của công ty Mathwork. MATLAB có khả năng tính toán mảng và ma trận tuyệt vời, rat phù hợp cho việc xử li dir liệu phức tap trong đó có dữ liệu hình học.
Mặt khác, MATLAB chứa thư viện đồ họa 2D và 3D có đầy đủ các công cụ vẽ, cho phép chúng ta vẽ mô phỏng hình học động rất hiệu quả, có thé sử dụng để xây dựng các mô phỏng cho lý thuyết và bài tập hình học, trợ giúp học sinh học tập và thực hành nhằm nâng cao chất lượng học tập hình học ở nhà trường phô thông, chính vì vậy mà chúng tôi quyết định lựa chọn dé tài “Xử lí đồ họa trong MATLAB phục vụ cho công cụ toán học ở trường phố thông” dé nghiên cứu. Mục đích nghiên cứu Tìm hướng vận dụng khả năng xử lí đồ họa trong phần mềm MATLAB vào xây dựng mô phỏng cho hình học phổ thông. Khách thể và đối tượng nghiên cứu Khách thé nghiên cứu: Chương trình hình học PT, giáo viên giảng dạy toán học và học sinh trường PT. Đối tượng nghiên cứu: Khả năng xử lí đồ họa trong MATLAB phục vụ cho toán học ở trường phổ thông.
Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong nội dung chương trình toán hình học ở trường THPT. Giả thiết khoa học Nếu vận dụng được khả năng xử lí đồ họa trong MATLAB vào việc mô phỏng và giảng dạy một số nội dung môn hình học tại trường PT, sẽ góp phan tích cực trong việc nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập, học sinh sẽ nắm bắt nhanh hơn, phát triển tư duy sáng tạo. Nhiệm vụ nghiên cứu Tôi xin trình bày những nội dung nghiên cứu chính trong luận văn như sau: e D6 họa máy tính, vai trò của đô hoa máy tính đôi với nhận thức. e Hình học phổ thông, và vai trò của mô phỏng hình học đối với học sinh PT.
e Tìm hiểu phần mềm MATLAB, hướng vận dụng phần mềm MATLAB vào xử lí đồ họa mô phỏng nội dung hình học PT. e Thực hành MATLAB. Ý nghĩa lý luận và thực tiễn của đề tài và lý luận: Luận văn làm rõ thêm việc vận dụng phần mềm MATLAB vào xử lí đồ họa cho toán học phô thông. Về thực tiễn: Đưa ra phương pháp xử lí cho các đối tượng cơ sở thuộc hình học phổ thông, áp dụng xây dựng kịch ban mô phỏng từ phan mềm MATLAB cho toán học phổ thông.
Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu cơ sở lí luận về hoạt động nhận thức của học sinh trong quá trình học tập môn hình học PT, các văn bản, tài liệu chỉ đạo của Bộ GD&DT liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học, danh mục thiết bị dạy học toán PT, SGK hình học PT, lý thuyết đồ họa máy tính, ngôn ngữ lập trình và đồ họa MATLAB. Thực hành: Áp dụng xây dựng kịch bản mô phỏng sự tương giao giữa đường thắng và mặt cầu. Cấu trúc luận văn Luận văn được trình bày theo các chương : 1. Chương | trình bay cơ sở về đồ họa và vai trò của chúng đối với học sinh.
Chương 2 trình bày phần mềm MATLAB và phần vận dụng MATLAB xử lí các đối tượng cơ sở thuộc hình học phé thông. Chương 3 Thực hành MATLAB, xây dựng kịch bản mô phỏng sự tương giao giữa đường thắng và mặt cầu. Cuối luận văn là phần kết luận và danh sách các tài liệu tham khảo, phụ lục chương trình. Do họa và vai trò của đô họa đôi với học sinh 1.
Giới thiệu đồ họa máy tính Đồ họa máy tính là một ngành khoa học Tin học chuyên nghiên cứu về các phương pháp và kỹ thuật dé có thé mô tả và thao tác trên các đối tượng của thế giới thực bằng máy tinh [5]. Về ban chất đó là một quá trình xây dựng va phat triển các công cụ trên cả hai lĩnh vực phần cứng và phần mềm hỗ trợ cho các lập trình viên thiết kế các chương trình có khả năng đồ họa cao. Với việc mô tả dữ liệu thông qua các hình ảnh và màu sắc đa dạng của nó các chương trình đồ họa thường thu hút người dùng bởi tính thân thiện, dé dùng. kích thích khả năng sáng tạo và nâng cao năng suât làm việc.
Vai trò của đồ họa máy tính đối với nhận thức Sự phát triển của khoa học, kĩ thuật, nghệ thuật, kinh doanh, và công nghệ luôn luôn phụ thuộc vào khả năng truyền đạt thông tin của chúng ta, hoặc thông qua các dữ liệu lưu trữ trong microchip hoặc thông qua giao tiếp băng tiếng nói. Câu châm ngôn từ xa xưa “một hình ảnh có giá trị hơn cả vạn lời” hay “trăm nghe không bằng một thấy” cho thấy ý nghĩa rất lớn của hình ảnh trong việc chuyên tải thông tin. Hình ảnh bao giờ cũng được cảm nhận nhanh và dễ dàng hơn, đặc biệt là trong trường hợp bắt đồng về ngôn ngữ. Do đó không có gì ngạc nhiên khi mà ngay từ khi xuất hiện máy tính, các nhà nghiên cứu đã cố gang sử dụng nó dé phát sinh các ảnh trên màn hình.