Изучение энтропии в курсе физики средней школы

• Автор: Шурухин, Виталий Олегович
• Шифр специальности: 13.00.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 133 с.

Оглавление.
Введение

Глава I. Отбор содержания учебного материала для изучения понятия

энтропии с точки зрения классической термодинамики.

1. Второе начало термодинамики.

2. Обратимые и необратимые процессы. Цикл Карно.

3. Термодинамическая шкала температур.

4. Неравенство Клаузиуса

5. Понятие энтропия с точки зрения классической термодинамики.

Глава II. Отбор содержания учебного материала для изучения

понятия энтропии с точки зрения теории вероятности.

6. Элементарные сведения теории вероятности, необходимые для выявления
статистической природы понятия энтропии
7. Формула Больцмана
8. Границы применимости второго начала термодинамики. Флуктуации. Идеи
синергетики
9. Психологопедагогические аспекты изучения понятия энтропии в средней
Глава III. Основы методики изучения второго начала термодинамики,
базирующиеся на понятии энтропии.
. Методический подход к изучению второго начала термодинамики на
основе понятия энтропии
. Качественная и количественная связь между энтропией и вероятностью,
раскрываемая в классах различных уровней.
. Методический подход к изучению физических основ работы тепловых
машин с использованием понятия энтропии
. Принцип конструирования методических и дидактических материалов. .
Глава IV.Педагогический эксперимент.
. Организация педагогического эксперимента.
. Состояние исследуемой проблемы при обучении физике в средней школе.
. Результаты формирующего эксперимента.
Шурухин Витапй Олегович ИЗУЧЕНИЕ ЭНТРОПИИ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ
Заключение.
Библиография


Поэтому мы предлагаем введение энтропии как термодинамически, так и статистически. Однако, отдавая себе отчет в том, что материал является достаточно сложным, рассматриваются градации по уровню образовательных организаций. В рамках базовой школы понятие энтропии будет вводиться исключительно на качественном уровне. Однако для учащихся специализированных классов это понятие должно и может стать одним из фундаментальных представлений физики. Таким образом, одностороннее изучение второго начала термодинамики как основного (эмпирического) закона природа в школьном курсе физики (не только базового, но и повышенного уровня) не удовлетворяет, как нам представляется, современным требованиям развития науки. Так же, нам кажется важным построить в классах курса физики повышенного уровня аксиоматически законченный курс термодинамики. Формулировка второго начала термодинамики на языке энтропии логично сочетается с введением в курс теоремы Нернста (третьего начала). Таким образом, предлагаема методика, как показывает экспериментальное преподавание, дает возможность завершить в полном объеме построение курса термодинамики в школе. Объектом исследования является процесс обучения термодинамике и молекулярной физике преимущественно в классах повышенного уровня. Предметом исследования является методика изучения второго начала термодинамики с использованием понятия энтропии. Цель исследования - совершенствование содержания школьного физического образования путем изучения темы «Второе начало термодинамики и основы работы тепловых машин» с использованием понятия энтропии; разработка методики изучения данной темы. В основу исследования положена гипотеза, целенаправленный отбор учебного материала курса термодинамики, соответствующего математического аппарата, разработанная методика изложения темы и подобранный компьютерный эксперимент позволяют выявить статистические закономерности второго начала термодинамики, определить границы его применимости, сводя к закону неубывания энтропии в адиабатически изолированной системе, построить аксиоматически законченный курс термодинамики, что приведет к повышению качества знаний учащихся. При проведении исследования и проверки гипотезы решались следующие задачи. Изучение и анализ методической литературы и передового педагогического опыта по проблеме преподавания второго начала термодинамики в средней школе. Обоснование необходимости изучения второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин в средней школе с использованием понятия энтропии. Отбор фактического материала и разработка основ методики преподавания, применимых к школьному курсу физики различных уровней. Создание прикладного пакета методических разработок. Исследование влияния предлагаемой методики на качество знаний учащихся в ходе педагогического эксперимента. При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования: анализ физико-математической, психологопедагогической, философской, методической, учебной литературы; анализ учебных программ по физике различных уровней; педагогические измерения по результатам письменных работ и устных ответов учащихся; проведение открытых уроков физики по разработанной методике с последующим их разбором; анкетирование учителей и учащихся; обсуждение результатов исследований на научно-педагогических конференциях, педагогический эксперимент. Методологической основой исследования явились: философские, психологические, педагогические концепции познания; методология физики и дидактики; работы известных физиков; тенденции развития методики обучения физике. В отличие от выполненных ранее исследований (И. И.Соколов, Л. П.Свитков М. И.Блудов и др. Разработана система знаний учащихся по вопросам термодинамики и молекулярной физики, связанным со вторым началом термодинамики. Предложен новый подход к конструированию знаний учащихся по «Термодинамике». Теоретические разработки доведены до уровня внедрения в педагогическую практику некоторых школ и классов, реализующих программу по физике повышенного уровня.