Нирс/Студенты


СОДЕРЖAНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

Подходы к изучению теории термодинамики
Савин. М. А.

   
   Основной из ведущих идей повышения уровня курса физики и определения содержания школьного физического образования была генерализация учебного материала курса, его обобщение на основе важнейших современных теорий. Однако идея обобщения знаний на основе ведущих теорий такими учеными как А.В.Усова, И.С.Карасова, В.Г.Разумовский, Л.Я.Зорина, Б.Б.Буховцев была реализована с различной степенью полноты по каждому из разделов курса физики. Данное противоречие позволило сформулировать направление научного поиска. 1. Рассмотреть структуру и методические основы изучения физической теории в курсе физики средней школы. 2. Разработать методические рекомендации изучения частной физической теории - теории термодинамики для классов базовой школы.
   Учебно-методической литературы, посвященной проблеме изучения физической теории достаточно. После анализа работ некоторых авторов, которые внесли большой вклад в разработку содержания изучения физической теорий, такие как А.В. Усова, И.С. Карасова, В.Г. Разумовский, Л.Я. Зорина, Б.Б. Буховцев, С.Е. Каменецкий, Г.Я. Мякишев, В.В. Мултановский, Н.М. Шахмаев, можно выделить следующие взгляды на изучение физической теории.
   Научные взгляды А.В. Усовой и И.С. Карасовой в области теории совпадают. К фундаментальным теориям они относят те теории, в которых присутствуют все структурные элементы: основания, ядро, следствия. Иной точки зрения придерживаются Л.Я. Зорина. Основы теории, как показывает Зорина, должны включать группу основных понятий, основных законов и следствий. С несколько иной стороны выдвигает требования выстраивать учебный материал курса физики в соответствии со структурой научной теории В.Г. Разумовский. Структуру теории он представляет в соответствии с циклом научного познания.
   Вместе с тем никто из авторов не рассматривал методические основы изучения частной теории - теории термодинамики. Выше изложенное и определило область исследования. Мы попытались изучать теорию термодинамики по логическо - структурной схеме, составленной И.С. Карасовой для изучения фундаментальных физических теорий.
   Теория термодинамика относится к МКТ, которая является фундаментальной физической теорией. Термодинамика раскрывает новые возможности МКТ. В содержание этой главы входят элементы знания, позволяющего раскрыть перед учащимися метод построения термодинамики, сопоставить его с методом построения МКТ; сделать вывод о плодотворности взаимного дополнения к теории. Знание МКТ идеального газа находит здесь новую область применения. Молекулярно - кинетическая трактовка понятий и законов термодинамики по существу является дополнительным развитием следствий кинетической теории идеального газа и позволяет связать новые элементы знаний в единую систему.
   Изучение данной теории начинается со знакомства с результатами эмпирического исследования в их конечном отработанном виде. Научные факты (теоретические, экспериментальные) предстают перед учениками в синтезированном и обобщенном виде, при этом появляется новая понятийная система (внутренняя энергия, теплообмен). Чтобы перейти от эмпирического базиса теории к понятийной основе, вводится идеализированный объект теории, то есть абстрактная модель (термодинамическая система, идеальный газ). Она отражает и воплощает в себе сущность исследуемой области явления, обладает общими свойствами, простой структурой. При изучении термодинамики такие понятия, как температура(термодинамический параметр), внутренняя энергия (функция состояния), количество теплоты (количественная мера изменения внутренней энергии системы) трактуются на основе МКТ. При изложении содержания эмпирического базиса теории целесообразно применять информационно - сообщающий метод преподавания, исполнительный и репродуктивный методы учения. Своеобразны при названных методах обучения и способы изложения нового материала: описание, сравнение, сопоставление, выдвижение гипотезы, моделирование, эксперимент (изменение внутренней энергии тела: при его нагревании, при совершении механической работы, и т.д.).
   Выдвигая гипотезу (изменение внутренней энергии тела может происходить в результате совершения над телом работы или путем теплообмена), принцип теории (статистическая система, изолированная от внешних воздействий, через некоторое время достигает равновесного состояния), учитель использует объяснительный метод преподавания; один из его приемов - обоснованное доказательное рассуждение. Специфика этого этапа изучения теории определяется и тем, что учитель широко применяет приемы формализации. Логические, математические и графические формы доказательств (количество теплоты и механической работы) в совокупности с общепринятой символикой создают условия для поиска существенных связей и отношений исследуемых объектов, выражаются в строгой и компактной форме - в форме математических уравнений (1 закон термодинамики).
   Учитель, широко используя диалогическое изложение материала теории, применяет доказательный способ изложения. Привлекая учащихся к поиску решения поставленной задачи (вывести законы тепловых явлений), и формулировки выводов, целесообразно применять репродуктивный, практический и частично-поисковый методы учения. На этом этапе изучения теории учащиеся, используя прием доказательного рассуждения, должны уметь применять математический аппарат (1 закон термодинамики), проявляя полное понимание содержательной стороны установленных соотношений и связей.
   При изучении следствий из теории самостоятельная деятельность учащихся должна превалировать по сравнению с другими этапами изучения теории. Объяснение явлений, процессов всегда приводит к системе выводов (1 закон термодинамики в изопроцессах, тепловые двигатели). Стимулирующий и побуждающий методы преподавания сводятся к тому, что учитель раскрывает саму сущность некоторых явлений, свойств предметов, фактов, предсказываемых теорией (образование облаков, принцип работы двигателя внутреннего сгорания), получение других следствий предоставляется найти ученикам самостоятельно, ставя перед ними определенный круг познавательных задач. Частично-поисковый и поисковый методы учения преобладают на этом этапе изучения теории.
   Таким образом, зависимости, полученные в термодинамике между важнейшими понятиями, находят свое обоснование. Учащиеся убеждаются в том, что следствия МКТ позволяют охватить и объяснить с единой точки зрения результаты, достигнутые в термодинамике. Применение первого закона термодинамики к изопроцессам в газах позволяет дать энергетическое описание этих процессов. Вместе с тем, этот материал позволяет сочетать термодинамическое описание процессов с их молекулярно-кинетическим обоснованием.
   В помощь учителю при изучении данной темы создан конспект, который соответствует логике изучения физической теории; написаны большой и малый тексты к данному конспекту; составлен вопросник, в который входят вопросы не только предметного но и методического характера (Как вводится новое понятие (внутренняя энергия)), подобран набор демонстраций, согласованный с логикой изучения теории и предложено их описание.
   Изложенное выше позволяет заключить, что в процессе исследования удалось решить поставленные задачи. По данным методическим рекомендациям был проведен педагогический эксперимент в техническом классе лицея 112. Анализ результатов проведенного эксперимента позволяет заключить, что при изучении учебного материала по данным методическим рекомендациям была рассмотрена одна из структур физической теории, которая позволила учащимся усваивать учебный материал наиболее рациональным способом и способствовала повышению качества предметных знаний.


Назад
Скачать