Использование методологии ТРИЗ на уроках физики.
статья по физике (9, 10, 11 класс)

Использование методологии ТРИЗ на уроках физики — это гарантия успешного обучения.

В настоящее время в образовании сложилась следующая ситуация, ученик не заинтересован в обучении, в самосовершенствовании, знания ему даются в готовом виде, это не интересно. Следующая система обучения ведет к отчуждению школьника от педагогического процесса. Сегодня работает схема: “Делай как я - не верно - делай как я”, эта схема односторонняя.

Большинство педагогов понимают, что необходимо менять технологию обучения. Но как это сделать? Ясно, что одним из главных условий развития любого общества является воспитание творческой личности. Необходимо менять приоритет в образовании. Знания должны уступить свое главенствующее местоположение способам творческой деятельности. Так реально ли организовать процесс усвоения готовых, давно добытых знаний так, чтобы он попутно развивал ум, способность самостоятельно добывать знания, творчески мыслить, самим учащимся делать открытия. Думаю, что реально. Существует методология - ТРИЗ педагогика, которая решает эту проблему. Основная цель обучения через эту методологию- формирование качеств творческой личности и формирование психологической доминанты успешности в сознании учащихся.

Эта методология в педагогике имеет три ветви:

1. Избавление от психологической инерции мышления, раскрепощение мыслительных функций и синтез новых с помощью РТВ и ТРИЗ.
2. Технология поиска и постановки изобретательской ситуации и задач на её основе.
3. Классификация противоречий и их разрешение с помощью методов ТРИЗ.

Далее представлен фрагмент из серии уроков по термодинамике (десятый класс). Уроки разработаны с применением элементов ТРИЗ.

Изобретение цикла Карно

Цели: Вывести идеальный цикл для двс, используя технологию сильного системного мышления, используя приемы устранения противоречий.

Пробудить интерес и желание к творческому решению проблем. Воспитывать интерес к окружающему миру. Умение видеть проблемы, не быть равнодушными, совершенствовать окружающий мир.

Вопрос 1: Как получить в технике механическую энергию?

Вопрос 2: Какие устройства преобразуют внутреннюю энергию топлива в механическую энергию?

Вопрос 3: Что можно использовать в качестве рабочего тела, т.е. тела, которое, расширяясь, двигает поршень в цилиндре?

Вопрос 4: Почему газ под поршнем расширяется?

Вопрос 5: После расширения давление газа уменьшается или увеличивается?

Вопрос 6: Какое значение примет давление газа после расширения?

Вопрос 7: Как следует поступить, чтобы Работа теплового двигателя не прекращалась?

Вопрос 8: Как сжать газ?

Рассмотрим работу теплового двигателя (двс). В двигателе одна и таже порция газа. Газ расширяется, двигает поршень, поршень двигает вал и маховик. В маховике запасается кинетическая энергия и он возвращает поршень в исходное положение.

Вопрос 9: Чему будет равна общая работа за цикл, если А, совершаемая при сжатии газа под действием внешних сил, равна А, совершаемой при расширении газа?

Вопрос 10: Что нужно сделать, чтобы получить полезную работу?

Нужно работу расширения газа сделать больше работы сжатия.

Вопрос 11: Как это сделать?

Вопрос 12: Что нужно сделать с газом перед сжатием?

Вопрос 13: Какую часть нужно ввести в тепловой двигатель для охлаждения газа перед сжатием?

Вопрос 14: Перечислить основные части теплового двигателя.

Нагреватель (Т1, Q1); рабочее тело (газ); холодильник (Т2,Q2).

Задание: Изобразить графически процессы, происходящие в тепловом двигателе. Объясните их. Заштриховать разными цветами: работу расширения, работу сжатия, полезную работу.

Вопрос 16: Что называют КПД?

%

Вопрос 17: Каким образом увеличить КПД?

Проблема (задача) теплоэнергетики состоит в том, чтобы сделать КПД теплового двигателя более высоким, так как требования человека растут. Нужно это противоречие разрешить.

Задание: Разрешите это противоречие.

Как увеличить КПД в рамках этой системы?

Возникла ситуация с физическим противоречием. Мы знаем, что для совершения циклического процесса нужны: Рабочее тело, нагреватель, холодильник. Расширение должно происходить при более высокой температуре (Т), а сжатие при более низкой Т,=> газ перед сжатием должен быть охлажден. Но, с другой стороны, мы знаем, что для получения максимальной механической работы за счет внутренней энергии недопустимо соприкосновение газа (Р*Т) с более холодным телом, т.к. при соприкосновении часть внутренней энергии безвозвратно от газа перейдет к более холодному телу без совершения работы.

Вопрос 18: Какими должны быть процессы расширения (2) и сжатия (4), чтобы КПД был максимальным при данных температурах нагревателя и холодильника?

Нужно к этому циклу применить принцип эквипотенциальности, постоянство какого-либо параметра на каждом этапе, на 1 и 3 этапах Т = const , а на 2 и 4 этапах обеспечить Q = const, т.е. постоянство энергии => теплообмен без совершения работы исключается. На участках 2 и 4 , Q = 0. Нужно обеспечить теплоизоляцию => изменение внутренней энергии происходит только за счет совершения работы по изменению объема.

Тогда идеальный циклический процесс будет следующим:

Рассмотрим подробно каждый этап работы теплового двигателя. Применим принцип динамичности, части объекта меняются на каждом этапе, чтобы быть оптимальными.

а) Цилиндр приводим в контакт с нагревателем, газ изотермически расширяется, совершает положительную работу, газ от нагревателя получает количество теплоты Q1 (изотерма АВ).

в) Изотермический процесс расширения не доводят до конца хода поршня, когда объем газа становиться V1/< V2, дно цилиндра изолируют от нагревателя, после этого газ расширяется адиабатно до объема V2. Газ охлаждается до температуры Т2< T1.

г) Теперь цилиндр приводят в контакт с телом, имеющем ту же температуру - Т2, т.е. с холодильником. Газ изотермически сжимают внешней силой. Однако температура газа будет ниже первоначальной температуры Т1, поэтому изотермическое сжатие не доводят до конца, до первоначального V1, а сжимают до объема V2/< V1, газ отдает холодильнику Q2=Авнеш.сил (изотерма СД).

д) Затем газ адиабатно сжимают до первоначального объема V1, при этом его температура повышается до Т2 (адиабата ДА). Теперь газ вернулся в исходное состояние с первоначальными параметрами V1,T1,P1.

Максимальный КПД идеального цикла можно выразить через температуру.

Вопрос 19: Каким образом выразить КПД теплового двигателя через температуру Т1 и Т2?

%

В результате проведения таких уроков в 10-х классах я увидела, что не только возможно, но и целесообразно применять ТРИЗ в изучении термодинамики. Значительно повышается интерес у учащихся, их активность, проявляется личная заинтересованность. Материал учащиеся усваивают лучше.