Повна версія

Головна arrow Природознавство arrow МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

МЕТОДИКА ВИВЧЕННЯ ТЕМИ «ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ»

Термодинаміка - це розділ фізики, що вивчає найбільш загальні властивості макроскопічних систем, що знаходяться в стан термодинамічної рівноваги, і процеси переходу між цими станами. Початок термодинаміки як науки було покладено в роботі С. Карно «Роздуми про рушійну силу вогню ...» (1824 г.), в якій він писав: «Ніхто не сумнівається, що теплота може бути причиною руху, бо вона навіть має велику рухової силою: парові машини, нині настільки розповсюджені, є цьому очевидним доказом ... ».

На вивчення теми «Основи термодинаміки» в курсі фізики X класу відведено 14 годин. Основними поняттями, які необхідно засвоїти учням ставляться внутрішня енергія і способи її зміни, кількість теплоти, рівняння теплового балансу, робота в термодинаміці, незворотність теплових процесів, принцип дії теплових двигунів і їх коефіцієнт корисної дії (ККД).

Відзначимо, що процес формування в учнів понять є складним за своїм протіканню і, як зазначає відомий вчений в області методики викладання фізики А.В. Усова, має певні закономірності. Перерахуємо їх:

Формування понять - процес тривалий за часом. Учні поступово засвоюють його зміст, обсяг, зв'язки і відносини даного поняття з іншими.

Спочатку йде процес формування окремих понять, понять окремої теми, а потім в процесі подальшого вивчення фізики складається система понять.

Успішність формування понять залежить від того, чи здійснюється зв'язок досліджуваного поняття з іншими, раніше відомими учням.

Засвоєння понять даної науки відбувається успішніше, якщо здійснюється їх зв'язок з цими поняттями в інших науках, наприклад у фізиці і хімії.

Слід пам'ятати, що засвоєння нових понять буде відбуватися більш ефективно, якщо це буде пов'язано з поглибленням суті раніше вивчених понять {Л.В. Усова. Формування у школярів наукових понять в процесі навчання. М.: Педагогіка, 1986).

При цьому слід зазначити, що такої літератури, особливо з методики викладання конкретних навчальних предметів, зокрема фізики, практично сьогодні немає. Учитель, особливо початківець педагогічну діяльність, відчуває великі труднощі при підготовці до уроків.

У темі «Основи термодинаміки» отримують подальший розвиток енергетичні уявлення, відбувається узагальнення закону збереження енергії для теплових процесів, вивчається перший закон термодинаміки і розглядається його застосування до аналізу ізопроцессов в газах.

До числа найважливіших законів, що вивчаються в цій темі, відноситься перший закон термодинаміки, а також ознайомлення з другим законом термодинаміки і адіабатних процесом. Вивчення одного з основних принципів термодинаміки (перший початок термодинаміки) має величезне пізнавальне і світоглядне значення.

Програмою з фізики, на жаль, не передбачено вивчення другого закону термодинаміки, що збіднює курс фізики, так як теплові процеси в природі доцільно пояснювати на основі цього закону. Його включення і пояснення на якісному рівні тільки б допомогло глибше і повніше розкрити відбуваються термодинамічні процеси.

Учням корисно дати можливість простежити шлях розвитку вчення про теплоту в історичному аспекті. Перш ніж використовувати внутрішню енергію, необхідно було розібратися в теплових процесах, відкрити закони, що описують їх.

Стало зрозуміло про введення кількісних характеристик, що описують теплові явища і процеси, скласти уявлення про природу теплоти і тільки після цього прийматися за конструювання теплових машин, що перетворюють внутрішню енергію в механічну. Лише після того, як була створена термометрія, вироблені деякі уявлення про природу теплоти, з'явилася можливість наукового підходу до вирішення основної проблеми.

Корисно учням запропонувати доповіді та повідомлення по даній темі, так як вона має досить цікаву і пізнавальну історію. Незважаючи на те що на ранньому етапі розвитку людства теплота не уявляла енергетичної цінності, питання про її природі не був байдужим для древніх філософів.

На рубежі XVII-XVIII ст. питання про природу теплоти знову був поставлений на порядок денний, коли розвивається промисловість зажадала створення нового типу двигуна. В цей час панувала теорія теплорода. Досліди, проведені в 1798-1799 рр. Б. Румфорда і Г. Деві, завдали нищівного удару по теорії теплорода. Для учнів досить цікавим буде розповідь про те, як проводилися ці досліди і який внесок в розвиток науки вони внесли.

Учням корисно знати, що в Росії перша парова машина була побудована в 1765 р уральським винахідником І.І. Ползуновим. Беручи до уваги цей факт, слід запропонувати учням зробити повідомлення по життю і творчості І.І. Ползунова. Таким чином, буде реалізований навчання фізики з урахуванням краєзнавчого та історичного матеріалу. Корисно зробити повідомлення про роботи С. Карно, Б. Клапейрона, Р.Клаузиуса, У. Томсона (лорда Кельвіна).

Оскільки скорочення годин на вивчення фізики відбулося, то, безумовно, за собою це спричинило і скорочення бюджету часу на розгляд питань з історії науки. І в той же час, видається, що, навряд чи, ми маємо право на те, щоб забувати історію, яка може навчити багато чому. Хоча б той факт, що сучасна людина не уявляє собі життя без теплових двигунів, яким всього лише трохи більше 200 років. На зміну прийшли електричні двигуни, але повністю вони не витіснили і теплові. Знання історії науки допоможе учням більш глибоко і грунтовно проникнути в суть теплових явищ і процесів. Без знання історії не може бути майбутнього науки, її перспективного розвитку.

Важливе питання теми - питання про принципи дії теплових двигунів, розгляд якого дозволяє показати застосування законів термодинаміки в конкретних технічних пристроях і тим самим ознайомити учнів з фізичними основами теплоенергетики. Ще С. Карно писав: «Вивчення цих машин надзвичайно цікаво, тому що їх значення дуже велике і їх поширення зростає з кожним днем».

Виклад питань про теплових машинах має познайомити учнів з науковими основами і принципами їх дії, з фізичними закономірностями перетворення енергії за допомогою цих машин і обгрунтувати подальші напрямки їх вдосконалення.

Труднощі в засвоєнні учнями теоретичних основ роботи теплових машин обумовлені нс тільки складністю матеріалу, який відрізняється абстрактністю, а й недосконалістю методики викладу цього матеріалу.

У шкільному курсі фізики відсутня вивчення другого закону термодинаміки, а потрібно вчителеві вводити поняття холодильника, щоб пояснити принцип дії теплової машини. Без знання цього закону практично неможливо обгрунтувати його необхідність.

Слід зазначити, що значні труднощі і труднощі відчувають учні при вирішенні завдань на складання рівняння теплового балансу, використання першого початку термодинаміки.

Величезна роль вирішення завдань в процесі навчання фізики обумовлена тим, що найважливішою метою навчання фізики є оволодіння учнями методами вирішення різних завдань, з одного боку, а з іншого, повноцінне досягнення всієї цілей навчання фізики можливо лише за допомогою рішення учнями системи навчальних фізичних задач. Рішення задач з фізики виступає і як мета, і як засіб навчання.

Завдання - складна дидактична система, де в єдності, взаємозв'язку, взаємозалежності і взаємодії представлені компоненти (задана і вирішальна системи), кожна з яких в свою чергу складається з що знаходяться в такій же динамічної залежності елементів: предмета, умови і вимоги задачі, з одного боку , методів, способів і засобів її вирішення - з іншого.

Навчальна задача, як правило, являє собою певну модель реально існуючої системи. Фізична задача може бути описана як деяка математична модель, з одного боку, а з іншого - вона може бути складною системою, побудованої на фізико-біологічної ієрархії. У навчальному процесі з фізики для вирішення використовуються і ті, і інші моделі задач.

У навчальному процесі з фізики має місце використання простих і складних завдань, завдань з конкретних тем і розділів, комплексних завдань і завдань міжпредметного змісту, завдань, що вимагають алгоритмічних і евристичних приписів для отримання кінцевого результату.

Завдання з фізики виконують різні функції в процесі навчання фізики. І від того, які цілі ставить учитель при використанні завдань на уроці, залежить і підбір завдань. Важливо відзначити, що скорочення годин на вивчення фізики призвело до того, що учні стали вирішувати завдань менше. Це не відноситься до класів і шкіл з поглибленим вивченням математики та фізики. Це «біда» звичайної загальноосвітньої школи.

Проблема навчання учнів рішенню завдань неодноразово обговорювалася в методиці викладання фізики. Видано величезну кількість різних посібників, захищено велику кількість кандидатських і докторських дисертацій та, тим не менш, вирішувати завдання з фізики учні не стали краще. Звісно ж, що однією з причин є недостатня розробка методики навчання рішенню фізичних завдань.

Закінчуючи вивчення теми доцільно провести конференцію на тему: «Теплові двигуни на службі людини». Проведення такої конференції дає можливість показати роль теплових машин у розвитку енергетики та народного господарства країни.

 
<<   ЗМІСТ   >>