СИСТЕМА ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНЫХ РАБОТ СТУДЕНТОВ НА ПРИМЕРЕ РАЗДЕЛА МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ «ТЕРМОДИНАМИКА»

АННОТАЦИЯ

Статья посвящена разработке методики проведения самостоятельной работы студентов в условиях кредитной технологии обучения. Основная идея заключается в необходимости изменения расстановки акцентов – сначала СРС, затем СРСП на примере конкретного раздела молекулярной физики: «Термодинамика». В статье подобрана и проанализирована задача повышенной сложности. Подобраны и апробированы задания по теме в рамках СРС с разным количеством ответов, на вопросы, требующие тщательной проработки их студентами с использованием литературных источников. По СРСП представлены физический диктант, тестирование в системе ВОУД, контрольная работа. Предлагаемая система организации СРС и СРСП в течение многих лет отрабатывалась в учебном процессе по общим курсам физики и спецкурсам соответствующего профиля, при выполнении дипломных работ, в период педагогических практик, представлялась в докладах на конференциях.

Ключевые слова: термодинамика, изопроцессы, идеальный газ, энергия, кредитная технология обучения, СРС, СРСП.

Система организации занятий в условиях кредитной технологии обучения предполагает такую последовательность: лекции, практические занятия по решению задач, лабораторные занятия, СРСП (самостоятельная работа студента с участием преподавателя), СРС (самостоятельная работа студента без участия преподавателя). Предлагается такая последовательность в проведении самостоятельных работ студентов: сначала СРС, затем СРСП. Естественно, что без лекции, практических и лабораторных, т.е. аудиторных занятий организация СРС невозможна, тем более что проведение всех занятий определяется расписанием.

Рассмотрим систему организации СРС и СРСП на примере термодинамики.

Термодинамика рассматривает любой объект как систему, характеризуемую макроскопическими параметрами: давлением, объемом и температурой.

Если один из названных параметров остается постоянным, то процесс, идущий в газе, называется изопроцессом.

Если постоянна температура, т.е. , то процесс называется изотермическим и при постоянной массе газа, т.е. , выполняется закон Бойля-Мариотта: .

Если постоянно давление, т.е. , то процесс называется изобарическим и при постоянной массе газа выполняется закон Гей-Люссака: .

Если постоянен объем, т.е. , то процесс называется изохорическим и при постоянной массе газа выполняется закон Шарля: .

Все три параметра связаны между собой уравнением состояния идеального газа, уравнением Менделеева-Клапейрона: .

Проанализируем раздел «термодинамика» на примере задачи повышенной сложности.

1. Идеальный газ с показателем адиабаты γ совершает цикл, состоящий из двух изохор и двух изобар. Найти КПД такого цикла, если температура Т газа возрастает в n раз как при изохорическом нагреве, так и при изобарическом расширении.

Алгоритм решения:

1. Представляем цикл в системе координат «p-V».

2. Указываем направление обхода цикла.

3. Определяем первое состояние и все остальные.

4. Указываем подводимые и отводимые теплоты.

1 метод (для цикла любой формы)

2 метод (для цикла простой геометрической формы)

Ответ:

.

Основными видами самостоятельной работы студентов без участия преподавателей являются формирование и усвоение содержания конспекта лекций на базе рекомендованной лектором учебной литературы, включая информационные образовательные ресурсы (электронные учебники, электронные библиотеки и др.); написание рефератов; подготовка к занятиям, лабораторным работам, их оформление; составление аннотированного списка статей из соответствующих журналов по отраслям знаний; подготовка рецензий на статью, пособие; выполнение микроисследований; подготовка практических разработок; выполнение домашних заданий в виде решения отдельных задач, проведения типовых расчетов, расчетно-компьютерных и индивидуальных работ по отдельным разделам содержания дисциплин и т. д.; текущий самоконтроль и контроль успеваемости на базе электронных обучающих и аттестующих тестов. В зависимости от особенностей изучаемой дисциплины перечень видов работ может быть расширен и изменен.

СРС способствует усвоению знаний, формированию профессиональных умений и навыков, обеспечивает профессиональную компетентность будущего специалиста.

Цель самостоятельной учебным материалом, затем с научной информацией, заложить основы самоорганизации и самовоспитания с тем, чтобы привить умение в дальнейшем непрерывно повышать свою квалификацию.

Рассмотрим организацию СРС (в вопросах и ответах) на примере термодинамики.

1. Укажите правильную формулировку первого начала термодинамики.

Первое начало есть …

1.1. … закон сохранения и превращения энергии.

1.2. … закон, устанавливающий эквивалентность теплоты, работы и энергии.

1.3. … закон сохранения и превращения энергии, записанный для термодинамической системы.

2. Укажите правильную запись первого начала термодинамики.

2.1. ;

2.2. ;

2.3. .

3. Укажите правильные утверждения относительно теплоты и работы:

3.1. Теплота есть энергия хаотического движения молекул.

3.2. Теплота есть тепловая энергия.

3.3. Теплота и работа есть две единственно возможные формы передачи энергии.

3.4. Теплота – макроскопическая форма передачи энергии.

3.5. Работа – макроскопическая форма передачи энергии.

3.6. Количество тепла есть мера энергии хаотического движения молекул.

3.7. Количество тепла и количество работы есть количественная мера переданной энергии.

4.  Удельной теплоемкостью называется теплоемкость, отнесенная к …

4.1. … единице объема.

4.2. … одному молю.

4.3. … единице массы.

4.4. … одному градусу.

Каким, с моей точки зрения, должно быть содержание занятий по СРСП?

1) Отработка теоретического материала с обязательным проведением физического диктанта и коллоквиума.

2) Решение задач с обязательным проведением контрольной работы, причем, если на традиционных практических занятиях по решению задач, основную работу выполняет преподаватель, то на СРСП работают студенты (на доске, на местах) выполняя домашние задания, т.е. под руководством преподавателя.

3) Защита лабораторных работ, причем не столько индивидуальная, сколько по принципу проведения «круглого стола».

4) В рефератах нет необходимости, т.к. их написание превращается в «пустую» формальность.

5) Контрольное тестирование не исключается, по старой системе или в системе ВОУД.

При такой организации учебного процесса в каждую текущую оценку вкладывается конкретное содержание.

И, наконец, становится очевидным, что студенты вынуждены систематически готовиться к таким занятиям, т.е. работать с литературой, интернет и т.д. Именно в этом заключается самостоятельная работа студентов (СРС). Вот поэтому СРС должна предшествовать СРСП.

Приводим содержание физического диктанта.

1. Термодинамическая система – это …

2. Термодинамическое равновесие – это …

3. Определение времени релаксации.

4. Физический смысл площади на (pV) – плоскости.

5. Физические величины, являющиеся функциями состояния.

6. Определение внутренней энергии системы.

7. Первое начало термодинамики в интегральной форме.

8. Первое начало термодинамики для всех процессов.

9. Первое начало термодинамики в дифференциальной форме.

10. Определение числа степеней свободы. Число степеней свободы одноатомных, двухатомных, многоатомных молекул.

11. Молярная теплоемкость (определение, обозначение, единица измерения).

12. Адиабатический процесс. Уравнение адиабаты.

13. Политропный процесс. Уравнение политропы.

14. Блок – схема тепловой машины. Ее КПД.

15. Неравенство Клаузиуса.

Контрольная работа:

Задача 1. Газообразный водород, находившийся при нормальных условиях в закрытом сосуде объемом V = 5,0 л, охладили на ΔТ = 55 К. Найти приращение внутренней энергии газа и количество отданного им тепла.

Задача 2. Найти КПД цикла, состоящего из двух изохор и двух адиабат, если в пределах цикла объем идеального газа изменяется в n=10 раз. Рабочим веществом является азот.

Задача 3. Идеальный газ с показателем адиабаты γ совершает прямой цикл, состоящий из адиабаты, изобары и изохоры. Найти КПД цикла, если при адиабатическом процессе объем идеального газа увеличивается в n раз.

Тестирование в системе ВОУД

$$$ 1

Термодинамические параметры:

A) Давление.

B) Объем.

C) Температура.

D)  Мощность.

E)  Степень свободы.

F)  Постоянная газа.

G)  Энергия.

H)  Количество вещества.

$$$ 2

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории:

A)

B)

C)

D) 

E) 

F) 

G) 

H) 

$$$ 3

Закон Гей-Люссака:

A)

B)

C)

D) 

E) 

F) 

G) 

H) 

$$$ 4

Уравнение адиабатического процесса:

A)

B)

C)

D) 

E) 

F) 

G) 

H) 

$$$ 5

Изменение внутренней энергии одноатомного газа:

A)

B)

C)

D) 

E)

$$$ 6

Тепловая машина работает по циклу Карно. Полученные количество теплоты от нагревателя 4,2кДж, совершенная работа 1,7кДж. Температура холодильника 20ºС. Чему равна температура нагревателя:

A) 492 К.

B) 492ºС.

C) 4, 92·10² ºС.

D)  49 К.

E)  4, 9·

F) 

G)  4800 К.

H)  419ºС.

$$$ 7

Чему равно изменение внутренней энергии 3 молей двухатомного газа идеального газа при изохорическом нагревании от 19º до 21ºС:

A) 124,5Дж.

B) 1,245·10² Дж.

C) 0,1245кДж.

D)  12,45кДж.

E)  45 кДж.

F)  1,245

G)  145

H)  187 Дж.

Предлагаемая нами система организации СРС и СРСП в течение многих лет отрабатывалась в учебном процессе по общим курсам физики и спецкурсам соответствующего профиля, при выполнении дипломных работ, в период педагогических практик, представлялась в докладах на конференциях различных уровней, в публикациях, в учебно-методических комплексах, учебных и учебно-методических пособиях и т.д.

Итак, мы считаем, что предлагаемая нами система – сначала СРС, затем СРСП имеет право на существование. Но понятно и другое – ее реализация требует целенаправленной, трудоемкой и, к сожалению, не всегда достаточно эффективной работы и преподавателя, и студента. Конечно, необходимо ее дальнейшее развитие и апробирование.

Список литературы:

1. Ильина Л.Ф. Учебно-методический комплекс по дисциплине «Молекулярная физика» для специальности 5В060400 – «Физика». – Караганды: Изд-во КарГУ, 2014. – 124 с.
2. Ильина Л.Ф., Бадаева Л.С. Физика. Часть 1. Механика. Молекулярная физика: Учеб.-метод. пособие для физ.-мат. классов 11-летней школы. – Караганда: Изд-во КарГУ,2014. – 97 с.
3. Иродов И.Е. Физика макросистем. Основные законы. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2001. – 208 с.
4. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. – М.: Наука, 2002. - 447 с.
5. Гинзбург В.Л., Левин Л.М., Сивухин Д.В., Яковлев И.А. Сборник задач по общему курсу физики. Термодинамика и молекулярная физика. - М.: Наука, 1976. – 205 с.
6. Старикова Л.Д., Пачикова Л.П., Касьянова Ю.С. Методика профессионального обучения: организация самостоятельной работы студентов: учебное пособие. – Екатеринбург: изд-во Рос. гос. проф.-пед. ун-та, 2014. -162 с.
7. Косов Н.Д., Корзун И.Н., Косов В.Н. Молекулярная физика в вопросах и ответах. – Алматы: Қазақ университеті, 1999. – 143 с.
8. Абдыгаппарова С.Б., Ахметова Г.К., Ибатуллин С.Р., Кусаинов А.А., Мырзалиев Б.А., Омирбаев С.М. Основы кредитной системы обучения в Казахстане. – Алматы: Қазақ университеті,2004. – 198 с.