ОБУЧЕНИЕ КРИТИЧЕСКОМУ МЫШЛЕНИЮ ПРИ ИЗУЧЕНИИ ТЕРМОДИНАМИКИ В ШКОЛЬНОМ КУРСЕ ФИЗИКИ

Бердалиева Т.Д.- доцент, к.п.н.;

Мырзакулова Н.Ж.- учитель физико-математической

школы-интерната №5 им. Ж.Каппарова

Summary

The problems of the critical thinking formation in the process of the particular subject studying are considered in this article. The methods of the teaching of the physical nature of the phenomena concept, ability to analyze, articulate with the help of dialogues and work with graphics on an example of studying the chapter "Thermodynamics" are shown in this article.

Школьники активно включаются в творческую деятельность только в том случае, если она им интересна, затрагивает их ум и сердце. С пробуждения интереса к предмету, мобилизующего творческий потенциал ученика, начинается развитие его способностей.

Педагогические исследования подтверждают, что дети учатся эффективнее и их интеллектуальные достижения выше, при условии их активного вовлечения в обсуждение, диалог и аргументацию. Таким образом, вооружение учеников навыками и качествами, необходимыми для жизни является важным и стимулирующим делом для педагогов, и которое не может быть так просто проигнорировано. Ученики должны развивать критическое мышление и навыки исследования, которые позволят им участвовать эффективно и успешно в более широких коммуникационных процессах.

Критическое мышление традиционно связывают с более поздними стадиями образования: с обучающимися старших классов средней школы и высшых учебных заведений. Однако основы критического мышления могут быть развиты в более раннем периоде обучения. Наиболее оптимальный для этого путь – стимулирование учащихся к реагированию на доказательства на основе собственного опыта, мотивации детской любознательности, способствующей развитию навыков критического мышления.

Учащиеся должны понять, что оба понятия – «работа», как процесс взаимодействия системы с внешними телами, сопровождающиеся изменением внешних параметров системы (объема, например), и «теплообмен», как взаимодействие, не сопровождающееся изменением внешнех параметров системы, - являются понятиями термодинамики. С точки зрения термодинамики работа и теплообмен - две единственно возможные формы передачи энергии. К ним термодинамика сводит все многообразие взаимодействий.

Обучение учащихся критическому мышлению при изучении термодинамики целесообразно проводить в процессе решения задач, для чего необходимызнания законов термодинамики, понимание процесса взаимодействия системы с внешними силами, умения анализировать и работать с графиками, . Приведем в качестве примера несколько уровневых задач, стимулирующих мыслительную деятельностьучащихся.

Задачи среднего уровня:

1. Чему равна работа газа при переходе из состояния 1 в состояние 2, если Р₀= 100 Па, V = 1м³.

Решение:

A = (p₀ + 2p₀)^.(2V₀-V₀)/2

A = (200-100)^.(2-1)м³/2 = 150Дж

Ответ: При переходе газа из состояния 1 в состояние 2 совершается работа равная 150 Дж.

2. По данному графику определите работу.

Решение :

Внешние силы совершили работу. В этом случае работа совершается при сжатии газа.A = p∆V∆V=V₂ - V₁)

A = 400Па - (1-3)м³= -800 Дж

Ответ: -800 Дж, работа будет отрицательной, т.к. при сжатии газа внешние силы совершают отрицательную работу.

Задачи достаточного уровня:

1. Определите работу, которую совершает газ при переходе из состояния 1 в состояние 3, если известно, что р₁= 0,1 МПа, V₁= 1л, Т₂= 2Т₁, Т₃=2Т₂.

Решение:

A = p₂∆V

Процесс 1—2 – изохорный, т.е. V-const.

р₁/р₂ =Т₁/Т₂ отсюда найдем p₂=Т₂р₁/Т₁;

p₂=2Т₁р₁/Т₁= 2 ^. 0,1 ^. 10⁶ Па =0,2 ^.10⁶ Па.

Процесс 2—3 – изобарный, т.е. p -const.

V₁/Т₂ =V₂ /Т₃→V₂=V₁Т₃/Т₂= 1^. 10^-3м^3. 2Т₂ / Т₂ = 2^. 10^-3м³

A = p₂ (V₂ – V₁)

A = 0,2^. 10⁶ Па (2 ^. 10^-3 – 1^. 10^-3)м³ = 200 Дж

2. Определите работу, протекающую при переходе газа из состояния 1 в состояние 3 (см. рисунок).

р₁ =р₂ =100кПа

V₁ =1м³; V₂ =3м³; V₃ =6м³.

При переходе газа из состояния 1 в состояние 2 совершается работа.

A_1-2 = p₁ (V₂ – V₁)

A_1-2 = 100 ^.10³Па (3 м³ -1 м³) = 2^.10⁵Дж.

Работу, совершенную при переходе газа из состояния 2 в состояние 3, можно найти как площадь трапеции.

A_2-3 = (р₂ + р₃)^.(V₃ -V₂) /2

A_2-3 =(10⁵Па + 4 ^. 10⁵Па) ^.(6м³ - 3м³)/2= 7,5 ^.10⁵ Дж

Полная работа А совершенная газом равна суммеA_1-2 и A_2-3.

A= A_1-2 +A_2-3=2 ^.10⁵Дж + 7,5 ^.10⁵ Дж = 9,5^.10⁵Дж.

A= 9,5^.10⁵Дж.

Задачи повышенного уровня:

1. Какое количество теплоты Qполучает идеалный газпереходя из состояния 1 в состояние 3, если в состоянии 1его давление р₁=0,2 МПа, а объем V₁=20 л?V₂=3V₁ .

Q=Q₁ + Q₂

1 →2 V – const;Q_v=3/2νR(T₂-T₁)

Т₂/Т₁=Р₂/Р₁ или Т₂/Т₁=2Р₁/Р₁ = 2 Т₂=2Т₁

Q₁=3/2νR(2T₁-T₁)=1,5νRT₁

2 →3 протекает изобарный процесс

По первому закону термодинамики Q₂=∆U+A₂

V₂/V₁=Т₃/Т₂или 3V₁/V₁=Т₃/Т₂Т₃= 3Т₂

∆U₂= 3/2 νR(T₃-T₂)

∆U₂ = 3/2 νR(3T₂-T₂) = 1,5νR2T₂

Т₂=2Т₁, то ∆U₂ = 1,5νR4T₁ =6νRT₁

А₂= 2Р₁(3V₁ - V₁) = 4Р₁V₁

Q = Q₁ + Q₂=1,5νRT₁ + (4Р₁V₁+ 6νRT₁) =1,5νRT₁ + (4νRT₁+ 6νRT₁) = 11,5νRT₁

Q = 11,5Р₁V₁= 11,5 ^, 0,2 ^, 10^{6 ,}20 ^,10^-3= 4,6 ^. 10⁴ Дж.

2. Какое количество теплоты Q необходимо, чтобы перевести один моль одноатомного газа из состояния 1 в состояние 3 (как показано на рисунке). Начальная температура газа 27⁰С.

Количество теплоты Q полученное газом, при переходе из состояния 1 в состояние 3: Q = Q₁ + Q₂

Количество теплоты Q₁ соответствует участку 1—2 графика, где процесс является изобарным. По первому закону термодинамики это количество теплоты определяется Q = ∆U+A

∆U = 3/2νR∆T

Согласно уравнения Kлапейрона-Менделеева применительно к состоянию 1—2

A = p∆V = νR∆T

По закону Гей-Люссака

V₀/T₁= 2V₀/T₂ → T₂= 2 T₀ = 600K

∆T_1—2 = 600 – 300 = 300K

Определим Q_p

Q_p =3/2νR∆T + νR∆T =5/2νR∆T

Выполним расчеты

Q_p =5/2νR∆T= 2,5 ^. 1моль^. 8,31Дж/моль К^. 300K = 6232,5Дж

Количество теплоты Q₂ соответствует участку 2—3 графика, где процесс является изохорным. По первому закону термодинамики это количество теплоты определяется Q = ∆U илиQ_v =3/2νR∆T

По закону Шарля Р₀/Т₂= 2Р₀/Т₃ Р₀/600= 2Р₀/Т₃→ Т₃ = 1200 К

∆T_2—3 =1200 - 600 = 600K

Определим Q_v = 3/2νR∆T

Выполним расчеты

Q_v =3/2νR∆T=1,5 ^. 1моль^. 8,31Дж/моль К^. 600K =7479Дж

Общее количество теплоты Q необходимое, для перехода из состояния 1 в состояние 3.

Q = Q_р + Q_v= 6232,5 + 7479 = 13711,5 Дж.

Обучение критическому мышлению можно начинать с первых уроков изучения курса физики. Т.к. мы рассматриваем методику организации мыслительной деятельности на примере изучения раздела термодинамики. Приведем некоторые вопросы для диалога с учащимися, которые направлены на формирование критического мышления:

1.Какие виды теплопередачи вы знаете?

2. Какими величинами характеризуются причина изменения состояния газа?

3. Объяснить смысл работы в термодинамике с точки зрения молекулярной теории.

4. Что характеризует работа в термодинамике?

5. Как определить работу, совершенную газом при расширении?

6. Как с помощью графика в координатах (PV) определить работу по изменению состояния газа?

1)

2)

7. Какую работу совершил газ при переходе из состояния 1 в состояние 3?

8. Объясните состояние веществ при теплообмене.

9. Выведите уравнение теплового баланса, анализируя поэтапно состояние вещества.

Во время диалога задаются вопросы подталкивающие учащихся на мыслительную работу, в результате которой появляется умения анализировать, логически рассуждать, зарождаются собственные мысли относительно рассматриваемого вопроса. Необходимо учить учащихся умению критически мыслить, т.е. учить не восприниматьизучаемую тему на прямую, не заниматься заучиванием учебного материала, а пытаться понять физическую сущность явления, иметь свое мнение относительно изученного, использовать теоретические знания на практике, уметь последовательно и правильно выражать свои мысли. В процессе такой учебной работы развивается мыслительнаядеятельность, формируется критическое мышление.

Использованная литература:

1. Кронгарт Б. и др. Физика:Учебник для 10 классов естественно-математического направления общеобразовательных школ /Б.Кронгарт, В.Кем, Н.Қойшыбаев. –Алматы: Издательство «Мектеп», 2014. -352 с.

2. Касаткина И.Л. Репетитор по физике: механика, молекулярная физика, термодинамика /И.Л. Касаткина. –Изд.12-е, исправл. /под ред. Т.В.Шкиль. –Ростов н/Д: «Феникс», 2011. -852 с.

Ключевые слова: Мыслительная деятельность, формирование критического мышления, школьный курс физики, термодинамика,