Изучение энтропии в курсе физики средней школы

Шурухин, Виталий Олегович

Темы диссертаций по педагогике » Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)

автореферат и диссертация по педагогике 13.00.02 для написания научной статьи или работы на тему: Изучение энтропии в курсе физики средней школы

Автореферат

Автор научной работы: Шурухин, Виталий Олегович
Ученая степень: кандидата педагогических наук
Место защиты: Санкт-Петербург
Год защиты: 2000
Специальность ВАК РФ: 13.00.02

Диссертация

Автореферат диссертации по теме "Изучение энтропии в курсе физики средней школы"

ОД

Г" ■ " 1Г •)

1 ^

На правах рукописи

ШУРУХИН Виталий Олегович

ИЗУЧЕНИЕ ЭНТРОПИИ В КУРСЕ ФИЗИКИ СРЕДНЕЙ ШКОЛЫ

Специальность: 13.00.02 - теория и методика обучения физике

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ПЕДАГОГИЧЕСКИХ НАУК

Санкт-Петербург 2000

Работа выполнена на кафедре методики обучения физике Российского государственного педагогического университета им.А.И.Герцена.

Научный руководитель:

кандидат педагогических наук, доцент А.А.Быков

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАО, доктор педагогических наук, профессор А.П.Тряпицына

кандидат технических наук, доцент И.Н.Барбарич

Ведущая организация:

Санкт-Петербургский государственный университет

Защита состоится "■¿Я" г. В-&

часов на заседании диссертационного совета Д 113.05.09 по присуждению ученой степени доктора наук в Российском государственном педагогическом университете имени А.И.Герцена по адресу: 191186, г.Санкт-Петербург, наб. р.Мойки, 48, корп. 1, ауд. 209.

С диссертацией можно познакомиться в фундаментальной библиотеке университета.

Автореферат разослан ............2000 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета: ¿^¿^л -____И.В.Симонова

Общая характеристика работы.

Система школьного образования сегодня интенсивно меняется, изменяются цели и задачи, изменяются методики преподавания предметов. Предпосылками к этому, безусловно, служат, во-первых, изменения нашего общества в целом, во-вторых, огромные темпы научно-технического прогресса, за которым должна успевать школа, интеллектуализация школьного образования должна опережать интеллектуализацию производства.

Следует отметить, что это происходит в свете сокращения количества учебных часов, отводимых для изучения предметов естественно-математического цикла и физики, в частности.

Выходом из складывающейся ситуации может служить, по нашему мнению, дифференциация образования. Школа должна подготовить и создать базу для воспитания и образования всесторонне развитых людей, в том числе заложить содержательные основы формирования научной' элиты. Одним из способов достижения этого является создание разноуровневых программ образования школьников. Необходимо предоставить возможность способным и одаренным детям углубленно и расширенно изучать интересующие их предметы.

Эта задача решалась многие годы. Организовывались специализированные школы, в последнее время появились специализированные классы во многих

общеобразовательных школах. В настоящее время существует большое число учебных заведений, реализующих программу по физике повышенного уровня. Несмотря на то, что учителя этих школ имеют огромный опыт работы со способными и одаренными детьми, колоссальный запас методических разработок, в свете сегодняшнего дня необходимо, по нашему мнению, углубление и расширение курса физики в школе.

Основной задачей физико-математических школ, по

нашему мнению, должно являться активное формирование научного стиля мышления у учащихся, соответствующее современному развитию физики как науки.

"Научное мышление в широком смысле слова - это система норм, выработанных в ходе многовекового развития науки, инвариантных для всех развитых наук во все эпохи и противостоящих позициям повседневного обыденного мышления" (Мощанский В.Н.). Научное мышление характеризуется систематичностью и логическим построением, при котором одни знания выводятся из других. Важным признаком научного мышления является осознанный контроль за процедурой получения знаний, фиксация и предъявление строгих требований к методам познания.

М.Борн ввел в научный обиход термин "стиль научного мышления". Стиль мышления - это система принципов логического построения знания, отличающая также наиболее продуктивные методы научного познания. В процессе эволюции происходит эволюция стилей мышления при переходе от одной физической картины мира к другой.

До начала XX века в физике господствовал механический или классический стиль мышления. Основными чертами этого стиля является убежденность в том, что характеристики сущности явлений однозначны, движение каждого объекта предопределено заранее, всегда можно точно предсказать будущее развитие системы.

Современная физика - это наука, строящаяся на основе квантовой механики, статистической физики, физики элементарных частиц и высоких энергий. В последнее время, активно развивается неравновесная термодинамика: изучаются процессы самоорганизации в открытых системах, на основе их изучения разрабатываются и внедряются новые технологические приемы изготовления точнейших полупроводниковых систем (в частности, систем пониженной размерности). Для процесса обучения важно, что ряд особенностей статистической физики

распространяется на другие области знаний - химию, биологию, экономику, социологию и др.

Перечисленное выше можно рассматривать как научные основания, для понимания и объяснения которых необходимо рассмотрение нового стиля научного мышления, основанного на формировании вероятностных представлений еще в школе. Такой стиль мышления, появившийся с пересмотром классических представлений в физике был назван квантово-полевым или вероятностным.

Результаты нашего исследования позволяют утверждать, что достаточно полно этим требованиям на школьной стадии обучения отвечает выявление статистических особенностей в термодинамике.

Понятие энтропии традиционно считалось сложным для учащихся средних школ и практически не изучалось в классах даже повышенного уровня. Однако, как нам представляется, пришло время для изучения энтропии. Известно, что и внутренняя энергия до шестидесятых годов не изучалась в средней школе.

Энтропия - это одно из основных физических понятий термодинамики и молекулярной физики, которое дает возможность понять физический смысл фундаментальных законов природы. Мы стремились, основываясь на принципе доступности в методике преподавания, найти возможности упрощения материала так, чтобы он стал посилен учащимся как физико-математической, так и базовой школы. Такая попытка была сделана в ряде школ с углубленным изучением физики, и в частности, в физико-математической гимназии №30 Санкт-Петербурга. Вначале для учащихся 10 классов был организован спецкурс "Элементы статистической физики" (1992-93 учебный год). На данном спецкурсе были выяснены возможности учащихся десятого класса по восприятию данного материала. В 1996-97 учебном году, после значительной переработки и существенного упрощения, этот материал был впервые предложен учащимся на уроках. Апробация

прошла в названной выше школе, гимназии № 171 Центрального района и ряде других школ в 1998-99 уч. году.

Экспериментальное преподавание показало, что учащиеся не только могут овладеть материалом в достаточной степени, но и само понятие энтропии вызывает у них большой интерес, так как с ним связано объяснение многих физических явлений.

Особое внимание при изучении энтропии делается на формулировку второго начала термодинамики, выявление его статистической природы и на использование этого понятия при объяснении основ работы тепловых двигателей.

В курсе физики базовой средней школы второе начало термодинамики либо не изучается, либо очень сжато даются две формулировки (Клаузиуса и Кельвина-Томсона). Очень редко показывается их эквивалентность. Перевод этих формулировок на язык энтропии практически сводит второе начало термодинамики к закону неубыванию энтропии в адиабатически изолированной системе.

В программе изучения физики повышенного уровня, предлагаемой Министерством образования, предполагается ознакомить учащихся с принципом работы машины Сади Карно. К недостаткам этой программы можно отнести то, что строго доказать оптимальность машины Карно без применения понятия энтропии или неравенства Клаузиуса не представляется возможным.

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 природы 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.

Таким образом,

актуальность исследования обусловлена

необходимостью совершенствования содержания методики изучения курса термодинамики в средней школе; социальной потребностью формирования вероятностного стиля мышления учащихся.

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:

1.Изучение и анализ методической литературы и передового педагогического опыта по проблеме преподавания второго начала термодинамики в средней школе.

2.Обоснование необходимости изучения второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин в средней школе с использованием понятия энтропии.

3.Отбор фактического материала и разработка основ методики преподавания, применимых к школьному курсу физики различных уровней.

4.Создание прикладного пакета методических разработок.

5.Исследование влияния предлагаемой методики на качество знаний учащихся в ходе педагогического эксперимента.

При решении поставленных задач применялись следующие методы исследования: анализ физико-математической, психолого-педагогической, 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.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивается:

•разносторонним анализом проблемы исследования; •использованием традиционных показателей продуктивности предлагаемой методики;

•использованием методов исследования, адекватных поставленным задачам;

•длительностью педагогического эксперимента (19931999 годы).

Критерием эффективности предлагаемой методики служит:

•качество знаний учащихся по физике; •заинтересованность учителей-практиков

предлагаемой методикой и готовностью работать по ней.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующем:

1.В отличие от выполненных ранее исследований (И.И.Соколов, Л.П.Свитков М.И.Блудов и др.), в которых указывалось на необходимость включения, без должной методической поддержки, в школьную программу по физике изучение понятия энтропии, в нашей работе предлагается обоснованная методика изучения этого понятия, включающая:

•термодинамическое определение энтропии и иллюстрации направленные на выявление ее физического смысла;

•использование возможности сведения второго начала

термодинамики к закону неубывания энтропии;

•в отличие от более ранних методик , рассмотрен вероятностный подход к выявлению физического смысла этого понятия;

. «изучение основ работы тепловых машин с использованием понятия энтропии.

2.Разработана система знаний учащихся по вопросам термодинамики и молекулярной физики, связанным со вторым началом термодинамики.

3.Предложен новый подход к конструированию знаний учащихся по "Термодинамике".

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1 .Теоретические разработки доведены до уровня внедрения в педагогическую практику некоторых школ и классов, реализующих программу по физике повышенного уровня.

2.Разработан прикладной пакет методических материалов, использующийся учителями школ при изучении соответствующей темы.

З.Опубликован ряд статей по проблеме исследования, в которых изложены не только теоретические подходы автора, но и отражены основные идеи предлагаемой методики, которые могут быть использованы учителями-практиками.

Апробация результатов исследования осуществлялась в физико-математической гимназии №30 Василеостровского района Санкт-Петербурга, гимназии №171 Центрального района и ряде других школ города.

Таким образом, в результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1.Тенденция приведения содержания образования в соответствие достижениям физики как науки делают необходимым, а предлагаемая нами методика делает возможным изучение в условиях дифференцированного образования законченной аксиоматики термодинамики.

2.Усвоение понятия энтропии учащимися возможно (и в базовой школе), если его вводить на уровне качественного рассмотрения термодинамики в рамках изотермического процесса.

3.Качество знаний учащихся по термодинамике и молекулярной физике может быть существенно повышено при рассмотрении энтропии с точки зрения вероятности.

4.Применение вероятностных подхода к трактовке энтропии способствует формированию (наряду . с некоторыми понятиями других разделов курса физики) современного научного (вероятностного) стиля мышлёния учащихся.

Структура и объем диссертации: диссертация состоит из введения, четырех глав, содержит 133 страницы текста, 27 рисунков, библиография включает 111 наименований. В первой и второй главах производится отбор материала для изложения, основанного на классической методике изучения второго начала термодинамики курса общей физики ВУЗа. В третьей главе предлагается методика изложения материала, на наш взгляд, адаптированная для школ различных уровней. В четвертой главе описан педагогический эксперимент, в ней так же обсуждаются результаты нашего исследования. Приложения содержат контрольное задание, предлагавшееся учащимся контрольных и экспериментальных классов, а так же примерное планирование уроков по изложенной тематике. В приложении содержится набор задач, направленных на усвоение и закрепление предлагаемого материала.

Основное содержание диссертации

Первая глава "Отбор содержания учебного материала для изучения понятия энтропии с точки зрения классической термодинамики" посвящена анализу учебной и

методической литературы по излагаемой тематике.

Первый параграф посвящен рассмотрению различных формулировок второго начала термодинамики и доказательству их эквивалентности. Так же здесь показывается, что различные виды энергии неравноценны в отношении способности переходить в другие виды. Материал этого параграфа основан на традиционной методике преподавания физики в школе и вузе. г

Во втором параграфе рассматриваются обратимые и необратимые процессы, тепловая машина Карно, приводится одно из доказательств оптимальности цикла Карно, основанный на графическом изображении процессов с помощью тепловых столбов. Так же в этом параграфе отмечается частое, не вполне корректное, определение обратимых процессов. Дается углубленный анализ встречающихся в учебной литературе неточностей.

Третий параграф посвящен построению термодинамической шкалы температур, независящей от вида и конструкции термометра. Анализируется возможность и необходимость введения излагаемого материала в курс физики школы.

Методически очень важно свести второе начало термодинамики к количественным характеристикам, что делается в четвертом и пятом параграфах. Одним из основных соотношений термодинамики является неравенство Клаузиуса. Методические аспекты изложения этого факта в курсе физики Вуза предлагаются в четвертом параграфе. Так как сама формулировка неравенства содержит элементы математики, практически недоступные учащимся 10 классов, делается вывод о том, что предлагаемый материал нуждается в существенной переработке и разработке методик изложения, адаптированных для школ. Одним из выходов, по нашему мнению, является переформулировка неравенства Клаузиуса на языке энтропии, чему посвящен пятый параграф. Здесь анализируется классическое термодинамическое

определение энтропии, приводится одно из доказательств закона неубывания энтропии в адиабатически изолированной системе, предлагается формулировка теоремы Нернста. Так же в этом параграфе делаются общие выводы по доступности предлагаемого материала для изложения в школе.

Во второй главе "Отбор содержания учебного материала для изучения понятия энтропии с точки зрения теории вероятности" приводятся примеры физических величин для выявления глубокого физического смысла которых, необходимо рассмотрение вероятностных представлений.

В первом параграфе анализируется объем знаний по теории вероятности необходимый для иллюстрации физического смысла понятия энтропии. Показывается, что методика строгого математического изложения теории вероятности требует большого резерва времени, которого нет в курсе физики 10 класса, в следствие чего, актуален вопрос о создании новой методики введения вероятностных представлений в физике.

Второй параграф посвящен выявлению качественной и количественной связи между понятиями энтропии и вероятности. Здесь же приводится строгое доказательство формулы Больцмана. В этом параграфе проведен анализ доступности и объема изложения материала, согласно традиционной методики курса физики Вуза.

В третьем параграфе рассматриваются границы применимости второго начала термодинамики. В качестве наиболее характерных процессов, при протекании которых нарушается второе начало термодинамики, приводятся процессы самоорганизации в открытых системах. Анализируется, что при изложении материала в школе формирование границ применимости физических законов и второго начала термодинамики, в частности, является одной из ключевых задач процесса обучения.

В четвертом параграфе рассматриваются психолого-

педагогические аспекты преподавания понятия энтропии в курсе физики средней школы. Рассматривается взаимосвязь между психикой ребенка и его образованием, необходимость развития уровней мыслительной деятельности, которые наиболее соответствуют ориентации человека в современной науке, необходимостью организации у учащегося современного научного стиля мышления.

Третья глава "Основы методики изучения второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин, базирующееся на использовании понятия энтропии" посвящена конкретной методике изложения названной темы в курсе физики средней школы, апробированный в ходе педагогического эксперимента. Фактический материал по теме, частные и общие методические рекомендации по его изучению.

В первом параграфе предлагается термодинамически определить изменение энтропии, обсудить вопрос о выборе нулевого значения (теоремы Нернста) и основываясь на простейших качественных примерах:

•изотермическое расширение идеального газа, находящегося под невесомым поршнем в отсутствии трения;

•изотермическое расширение идеального газа, находящегося под невесомым поршнем с трением между поршнем и стенками;

•теплообмен между двумя телами, -получить общий закон неубывания энтропии в адиабатически изолированной системе.

На основе этого закона дать определения обратимого и необратимого процессов, после чего перейти к традиционным определениям курса физики средней школы.

Далее предлагается связать понятие энтропии с вероятностью состояния. Это делается во втором параграфе. Здесь предложены два подхода: качественный (который может быть использован в школе базового уровня), и количественный (для более сильных учащихся) с получением

одного из основных соотношений молекулярной физики -формулы Больцмана. Отмечается, что понятие энтропии, определяющуюся не только пространственным, но и динамическим хаосом в расположении молекул, применяется к описанию физических процессов в различных разделах курса физики, приводится пример охлаждения при адиабатическом размагничивании. Рассмотрим кристаллы, ионы решетки которых имеют постоянный магнитный момент. Векторы магнитных моментов ионов разбросаны по направлениям в беспорядке, присутствует выраженный ориентационный хаос. Поместим такие кристаллы в сильное магнитное поле (например - электромагнита) и охладим до физико-технического предела. Ориентационный беспорядок пока мал, так как существует преимущественная ориентация по магнитному полю. Теперь очень быстро (адиабатически) выключим магнитное поле. Магнитные моменты ионов разбросаются в беспорядке, ориентационный хаос увеличится, следовательно, уменьшится динамический, и образец остынет. Так же предлагается выявить статистическую природу и границы применимости второго начала термодинамики, приведя примеры из современной науки, в частности, основываясь на примерах синергетики.

Излагаемый материал предлагается закрепить при решении задач и ответе на качественные вопросы.

В третьем параграфе, в отличие от традиционной методики, изучение основ работы тепловых машин предлагается проводить, используя полученные знания о постоянстве энтропии в обратимых процессах и увеличении энтропии в необратимых процессах. Это позволяет рассчитать КПД машины Карно и доказать ее оптимальность.

В четвертом параграфе рассматриваются общие принципы конструирования методических и дидактических материалов по проблеме исследования.

Излагаемая методика изучения второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин

рассчитана на пять академических часов, поурочное планирование, набор задач и вопросов, методические указания вынесены в приложение.

В четвертой главе обсуждается содержание и результаты констатирующего, формирующего и контрольного этапов педагогического эксперимента, которые проводились с целью обоснования и подтверждения выдвинутых в диссертации теоретических положений:

На различных этапах эксперимента применялись различные методы исследования: анализ психолого-педагогической, философской, методической литературы, учебных пособий и программ по физике для базовых школ и школ повышенного уровня, научный анализ и обобщение передового педагогического опыта, проведение и анализ уроков при изучении темы по традиционной и защищаемой методике, анкетирование учителей и учащихся.

Результат эксперимента показал возможность изучения второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин с использованием понятия энтропии в средней школе.

Общие выводы.

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1.Доказано, что требование повышения уровня и качества знаний по физике в условиях дифференциации образования и приведения содержания образования в соответствие с достижениями современной науки необходимо предполагает преподавание в школьном курсе физики понятия энтропии.

2.0босновано, что изучение второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин с использованием понятия энтропии, введенного на основе термодинамики изотермического процесса и

проиллюстрированного с точки зрения вероятности, не представляет существенных трудностей для учащихся классов с углубленным изучением физики.

3.В ходе исследования разработана методика изучения темы "Второе начало термодинамики и основы работы тепловых машин", подкрепленная пакетом методических материалов.

4.Педагогический эксперимент подтвердил правильность сформулированных в диссертации теоретических положений и применимость методических рекомендаций по изучению данной темы.

5.Выполненное исследование, в определенной мере, открывает перспективы для развития методики обучения физике по темам, связанным с понятием энтропии.

Основное содержание исследования отражено в следующих работах соискателя:

1.Энтропия в курсе физики средней школы. //Теоретические проблемы физического образования: Материалы научно-практической конференции северозападного отделения РАО.- СПб.: Образование, 1996.

2.Изучение энтропии и вероятности в средней школе. //Современные проблемы изучения физики в школе и вузе: Материалы международной научной конференции "Герценовские чтения".- СПБ.: Изд-во РГПУ им. А.И.Герцена, 1999.

3.Изучение второго начала термодинамики и энтропии в курсе физики средней школы. //Современные проблемы изучения физики в школе и вузе: Материалы международной научной конференции "Герценовские чтения". - СПб.: Изд-во РГПУ им.А.И.Герцена, 1999. (в соавторстве с А.А.Быковым).

4.Энтропия и динамический (термодинамический) хаос в расположении молекул. //Методика обучения физике в школе и вузе. Сборник научных статей. - СПб.: Изд-во РГПУ им.А.И.Герцена, 1999. (в соавторстве с А.А.Быковым).

5.К вопросу об изучении энтропии в курсе физики средней школы. //Физико-математическая гимназия № 30. Сборник научно-методических статей. - Спб.: Изд-во "Тирекс", 1996.

В работах [3] и [4] научный руководитель А.А.Быков сформулировал задачу исследования, принимал участие в обсуждении результатов, давал анализ предлагаемым примерам. Основные результаты исследования, отраженные в публикациях, выполнены автором диссертации.

Содержание диссертации автор научной статьи: кандидата педагогических наук, Шурухин, Виталий Олегович, 2000 год

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 П. 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. Психолого-педагогические аспекты изучения понятия энтропии в средней школе.

Глава Ш. Основы методики изучения второго начала термодинамики, базирующиеся на понятии энтропии.

§10. Методический подход к изучению второго начала термодинамики на основе понятия энтропии.

§11. Качественная и количественная связь между энтропией и вероятностью, раскрываемая в классах различных уровней.

§12. Методический подход к изучению физических основ работы тепловых машин с использованием понятия энтропии.

§13. Принцип конструирования методических и дидактических материалов.

Глава IV.Педагогический эксперимент.

§14. Организация педагогического эксперимента.

§15. Состояние исследуемой проблемы при обучении физике в средней школе.

§16. Результаты формирующего эксперимента.

Введение диссертации по педагогике, на тему "Изучение энтропии в курсе физики средней школы"

Система школьного образования сегодня интенсивно меняется, изменяются цели и задачи, изменяются методики преподавания предметов. Предпосылками к этому, безусловно служат, во-первых, изменения нашего общества в целом, во-вторых, огромные темпы научно-технического прогресса, за которым должна успевать школа, то есть интеллектуализация школьного образования должна опережать интеллектуализацию производства.

Выходом из складывающейся ситуации может служить, по нашему мнению, дифференциация образования [43]. Школа должна подготовить и создать базу для воспитания и образования всесторонне развитых людей, в том числе заложить содержательные основы формирования научной элиты. Одним из способов достижения этого является создание разноуровневых программ образования школьников. Необходимо предоставить возможность способным и одаренным детям углубленно и расширенно изучать интересующие их предметы.

Эта задача решалась многие годы. Организовывались специализированные школы, в последнее время появились специализированные классы во многих общеобразовательных школах. В настоящее время существует большое число учебных заведений, реализующих программу по физике повышенного уровня. Несмотря на то, что учителя этих школ имеют огромный опыт работы со способными и одаренными детьми, колоссальный запас методических разработок, в свете сегодняшнего дня необходимо, по нашему мнению, углубление и расширение курса физики в школе .

Основной задачей физико-математических школ, по нашему мнению, должно являться активное формирование научного стиля мышления у учащихся, соответствующее современному развитию физики как науки [61].

Научное мышление в широком смысле слова - это система норм, выработанных в ходе многовекового развития науки, инвариантных для всех развитых наук во все эпохи и противостоящих позициям повседневного обыденного мышления» [61]. Научное мышление характеризуется систематичностью и логическим построением, при котором одни знания выводятся из других. Важным признаком научного мышления является осознанный контроль за процедурой получения знаний, фиксация и предъявление строгих требований к методам познания.

М.Борн ввел в научный обиход термин «стиль научного мышления». Стиль мышления - это система принципов логического построения знания, отличающая также наиболее продуктивные методы научного познания. В процессе эволюции происходит эволюция стилей мышления при переходе от одной физической картины мира к другой.

Современная физика - это наука, строящаяся на основе квантовой механики, статистической физики, физики элементарных частиц и высоких энергий. В последнее время, активно развивается неравновесная термодинамика: изучаются процессы самоорганизации в открытых системах, на основе их изучения разрабатываются и внедряются новые технологические приемы изготовления точнейших полупроводниковых систем (в частности, систем пониженной размерности [101]). Для процесса обучения важно, что ряд особенностей статистической физики распространяется на другие области знаний - химию, биологию, экономику, социологию и др.

Перечисленное выше можно рассматривать как научные основания, для понимания и объяснения которых необходимо рассмотрение нового стиля научного мышления, основанного на формировании вероятностностных представлений еще в школе. Такой стиль мышления, появившийся с пересмотром классических представлений в физике был назван квантово-полевым или вероятностным.

Энтропия - это одно из основных физических понятий термодинамики и молекулярной физики, которое дает возможность понять физический смысл фундаментальных законов природы. Мы стремились, основываясь на принципе доступности в методике преподавания, найти возможности упрощения материала так, чтобы он стал посилен учащимся как физико-математической, так и базовой школы. Такая попытка была сделана в ряде школ с углубленным изучением физики, и в частности, в физико-математической гимназии №30 Санкт-Петербурга [103]. Вначале для учащихся 10 классов был организован спецкурс «Элементы статистической физики» (1992-93 учебный год). На данном спецкурсе были выяснены возможности учащихся десятого класса по восприятию данного материала. В 199697 учебном году, после значительной переработки и существенного упрощения, этот материал был впервые предложен учащимся на уроках. Апробация прошла в названной выше гимназии, гимназии №171 Центрального района и ряде других школ в 1998-99 уч. году.

В курсе физики базовой средней школы второе начало термодинамики либо не изучается, либо очень сжато даются две формулировки (Ютаузиуса и Кельвина-Томсона) [15]. Очень редко показывается их эквивалентность. Перевод этих формулировок на язык энтропии практически сводит второе начало термодинамики к закону неубыванию энтропии в адиабатически изолированной системе [14].

В программе изучения физики повышенного уровня, предлагаемой Министерством образования, предполагается ознакомить учащихся с принципом работы машины Сади Карно [91]. К недостаткам этой программы можно отнести то, что строго доказать оптимальность машины Карно без применения понятия энтропии или неравенства Клаузиуса не представляется возможным.

Но опыт преподавания показывает, что изучение понятия энтропии только с позиций термодинамики или только статистически не является, с нашей точки зрения, достаточным для раскрытия смысла этого понятия. 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, актуальность исследования обусловлена необходимостью совершенствования содержания методики изучения курса термодинамики в средней школе; социальной потребностью формирования вероятностного стиля мышления учащихся.

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:

1. Изучение и анализ методической литературы и передового педагогического опыта по проблеме преподавания второго начала термодинамики в средней школе.

2. Обоснование необходимости изучения второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин в средней школе с использованием понятия энтропии.

3. Отбор фактического материала и разработка основ методики преподавания, применимых к школьному курсу физики различных уровней.

4. Создание прикладного пакета методических разработок.

5. Исследование влияния предлагаемой методики на качество знаний учащихся в ходе педагогического эксперимента.

Достоверность и обоснованность результатов исследования обеспечивается:

• разносторонним анализом проблемы исследования;

• использованием традиционных показателей продуктивности предлагаемой методики;

• использованием методов исследования, адекватных поставленным задачам;

• длительностью педагогического эксперимента (1993-1999 годы).

Критерием эффективности предлагаемой методики служит:

• качество знаний учащихся по физике;

• заинтересованность учителей-практиков предлагаемой методикой и готовностью работать по ней.

Научная новизна и теоретическая значимость работы заключается в следующем:

• термодинамическое определение энтропии и иллюстрации направленные на выявление ее физического смысла;

• использование возможности сведения второго начала термодинамики к закону неубывания энтропии;

• в отличие от более ранних методик, рассмотрен вероятностный подход к выявлению физического смысла этого понятия;

• изучение основ работы тепловых машин с использованием понятия энтропии.

2. Разработана система знаний учащихся по вопросам термодинамики и молекулярной физики, связанным со вторым началом термодинамики.

3. Предложен новый подход к конструированию знаний учащихся по «Термодинамике».

Практическая значимость работы состоит в следующем:

1. Теоретические разработки доведены до уровня внедрения в педагогическую практику некоторых школ и классов, реализующих программу по физике повышенного уровня.

2. Разработан прикладной пакет методических материалов, использующийся учителями школ при изучении соответствующей темы.

3. Опубликован ряд статей по проблеме исследования, в которых изложены не только теоретические подходы автора, но и отражены основные идеи предлагаемой методики, которые могут быть использованы учителями-практиками.

Таким образом, в результате проведенного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Тенденция приведения содержания образования в соответствие достижениям физики как науки делают необходимым, а предлагаемая нами методика делает возможным изучение в условиях дифференцированного образования законченной аксиоматики термодинамики.

2. Усвоение понятия энтропии учащимися возможно (и в базовой школе), если его вводить на уровне качественного рассмотрения термодинамики в рамках изотермического процесса.

3. Качество знаний учащихся по термодинамике и молекулярной физике может быть существенно повышено при рассмотрении энтропии с точки зрения вероятности.

4. Применение вероятностного подхода к трактовке энтропии способствует формированию (наряду с некоторыми понятиями других разделов курса физики) современного научного (вероятностного) стиля мышления учащихся.

Заключение диссертации научная статья по теме "Теория и методика обучения и воспитания (по областям и уровням образования)"

Выход

Термодинамика; Цикл Карно

Старт filial I Д ЛЦ ♦моина i| Вы нЗжет) : Внйжние Вопросы ; -JMII.HHI -hi" Содерж II н

541К 288Х

Г] = Q* Q' = Т* Т« = 0.4?

Для пошагового режима работы маяммайте кп

Рис. Ш.11

Г WWSWWri!

Газ получает тепло (Он) от нагревателя на участке 1-2 при температуре Тн. Так как этот процесс изотермический, то все полученное тепло идет на совершение механической работы. На участке 2-3 газ продолжает адиабатически расширятся, это, во-первых, не дает теплу напрямую переходить от нагревателя к холодильнику, во-вторых, газ совершает работу за счет запасенной внутренней энергии. Температура газа уменьшается до тех пор, пока не станет равной температуре холодильника (Тх). Далее на участке 3-4 газ отдает тепло холодильнику (Qx) при температуре Тх, и адиабатически возвращается к нагревателю.

Используя понятие энтропии, можно показать, что цикл Карно оптимальный для работы тепловой машины. Надо отметить, что после каждого цикла не только само рабочее тело, но и окружающая среда должны вернуться в исходное состояние [14]. Только в этом случае мы можем претендовать на максимальность КПД установки. Это может обеспечить цикл, составленный из обратимых процессов. В первом параграфе отмечалось, что в полном смысле обратимыми являются идеальные изотермический и адиабатический процессы, поэтому именно они составляют идеальный цикл.

Для машины Карно можно существенно упростить вычисление КПД. Если окружающая среда и сам газ вернулись в исходное состояние, то и изменение энтропии системы не произошло. При работе машины изменялась энтропия нагревателя и холодильника, причем энтропия нагревателя уменьшалась, а холодильника -увеличивалась. Отсюда [106]: я

---1-х Т„ тх следовательно.

0н '

Qx и, используя соотношение (3.13), получим выражение для КПД машины Карно:

3.14). н

Надо отметить, что это соотношение справедливо только для расчета КПД машины Карно. Из формулы видно, что существует два способа повышения КПД идеальной машины: увеличение температуры нагревателя и уменьшение температуры холодильника. Можно показать, что понижение температуры холодильника более выгодно, но создание резервуара с очень низкой температурой достаточно сложно, поэтому чаще для увеличения КПД пользуются более горячим нагревателем. Еще отметим, что КПД машины Карно может быть равен единице только в случае равенства нулю температуры холодильника (Тх = 0), что физически недостижимо [75].

Докажем теорему, которая была математически обоснована Клаузиусом, но носит название теоремы Карно, т.к. ее физический смысл качественно был показан именно Сади Карно: не существует тепловой машины с КПД большим, чем у машины Карно.

Рассмотрим реальную машину. В ней, безусловно, есть трение и непосредственный теплообмен между нагревателем и холодильником. Все описанные явления, как уже было показано, приводят к росту энтропии системы, поэтому для любой реальной машины изменение энтропии нагревателя и холодильника в сумме будет больше нуля [106].

Н X следовательно,

Ш >Ь

Ы Тн> и, значит для расчета КПД реальной машины из единицы вычитается большее отношение, следовательно, КПД реальной машины - меньше: реальн. маш.-^ ^Карио

Итак, мы разобрали физические принципы работы тепловых машин и показали, что любая тепловая машина имеет коэффициент полезного действия меньше единицы, а максимально возможное значение при заданных температурах нагревателя и холодильника КПД достигает для идеальной машины Сади Карно.

Построение принятой на сегодняшний день температурной шкалы основано на теореме Карно. Так как КПД машины Карно определяется только температурами нагревателя и холодильника, и не зависит от конструкции машины и вида топлива, то на основе такого циклического процесса можно построить идеальную температурную шкалу, не зависящую от вида термометра. Ноль на шкале определяется максимальным КПД машины Карно, вторая точка берется произвольно. На сегодня этой точкой является тройная точка воды, температура которой считается точной по определению. Она равна Т = 273,16 К. Так же можно показать, что абсолютный ноль является физически недостижимым и энтропия тела в этом состоянии должна быть равна нулю. Это показывается в рамках статистической физики, что эквивалентно выполнению теоремы Нернста.

§13. Принцип конструирования методических и дидактических материалов.

Предлагая учащимся изложенный материал, необходимо помнить, что он будет являться обязательным только в достаточно сильных классах. Хотя, опыт показывает, что на качественном уровне изложенный материал вполне доступен учащимся классов разных уровней.

Конструирование методических и дидактических материалов включает в себя основные принципы обучения физике в средней школе. Научность и систематичность изложения достигается адекватным содержанием учебного материала состоянию вопроса в науке. Предлагается еще в школе построить законченную аксиоматику термодинамики, учитывая стремительное развитие многих направлений термодинамики сегодня [84]. Предлагается четкая научная формулировка второго начала термодинамики на языке энтропии. Излагаемый материал позволяет доказать оптимальность цикла Карно и проиллюстрировать построение абсолютной температурной шкалы.

Физическая теория энтропии строится на рассмотрении простейших термодинамических примеров, то есть на методе индукции. Получаемый таким образом закон неубывания энтропии применяется к тепловым машинам, что иллюстрирует дедуктивный подход. Сочетанием этих подходов мы демонстрируем единый научный подход к описанию окружающей природы [35]. Так же введение в курс понятия энтропии позволяет ссылаться на него при изучении последующих тем (охлаждение при адиабатическом размагничивании и др.).

При изложении материала предлагается пользоваться компьютерным экспериментом для демонстрации движения молекул газа при его расширении и для иллюстрации работы машины Карно при различных температурах нагревателя и холодильника. Это позволяет достичь наглядности при обучении термодинамике.

Активизация мыслительной деятельности учащихся на уроках по предлагаемой методике может достигаться построением уроков формирования новых понятий в форме беседы. Системы вопросов, подводящих учащихся к самостоятельному пониманию материала могут быть сконструированы учителем. Так же на уроках предлагаются задачи различных уровней сложности (см. приложение 2), что позволяет учащимся работать самостоятельно и сознательно [85]. Так же активному усвоению материала может способствовать исторический обзор построения термодинамики как сформировавшийся науки.

Заключение.

Результаты проведенного исследования позволяют сделать следующие выводы:

1.Требования повышения эффективности обучения и качества знаний по физике в условиях дифференциации образования и приведения содержания образования с достижениями современной науки делают актуальным проблему преподавания в школьном курсе физики понятия энтропии.

2.Изложение второго начала термодинамики и основ работы тепловых машин с использованием понятия энтропии, введенного на основе термодинамики изотермического процесса и проиллюстрированного с точки зрения вероятности, не представляет существенных трудностей для учащихся классов с углубленным изучением физики.

3.В ходе исследования разработана методика изучения темы «Второе начало термодинамики и основы работы тепловых машин», подкрепленная пакетом методических материалов.

4.Педагогический эксперимент подтвердил правильность сформулированных в диссертации теоретических положений и методических рекомендаций по изучению данной темы.

Основное содержание исследования отражено в следующих работах соискателя:

1.Энтропия в курсе физики средней школы //Теоретические проблемы физического образования. Материалы научно-практической конференции северо-западного отделения РАО.- СПб.: Образование, 1996.-с.125-126.

2.Изучение энтропии и вероятности в средней школе //Современные проблемы изучения физики в школе и вузе. Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения». -СПБ.: Из-во РГПУ им.А.И.Герцена, 1999. - с.158 - 162.

3.Изучение второго начала термодинамики и энтропии в курсе физики средней школы //Современные проблемы изучения физики в школе и вузе. Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения». - СПБ.: Из-во РГПУ им.А.И.Герцена, 1999. -с. 156-158 (в соавторстве с А.А.Быковым).

4.Энтропия и динамический (термодинамический) хаос в расположении молекул //Методика обучения физике в школе и вузе. Сборник научных статей. - СПб.: Из-во РГПУ им.А.И.Герцена, 1999. -с.72-74 (в соавторстве с А.А.Быковым).

5.К вопросу об изучении энтропии в курсе физики средней школы. //Физико-математическая гимназия № 30. Сборник научно-методических статей. - Спб.: Изд-во «Тирекс», 1996. - с. 141.

Список литературы диссертации автор научной работы: кандидата педагогических наук, Шурухин, Виталий Олегович, Санкт-Петербург

1. Аверьянов А.В. Системное познание мира. Методологические проблемы. - М.: Мир, 1995.

2. Алферов Ж.И. Физика XXI века. Golden pages. Из-во СПбГУП, 1999. - 28с.

3. Ананьев Б.Г. Человек как предмет познания. Л.: Изд-во ЛГУ, 1998. - 399с.

4. Бабаева Ю.Д., Лейтес Н.С. и др. Психология одаренности детей и подростков. / Под ред. Н.С.Лейтеса. М.: Издательский центр «Академия», 1996. - 416 с.

5. Б акай А.С., Сигов Ю.С. Многоликая турбулентность. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. - 631 с.

6. Балл Г.А. Теория учебных задач: Психолого-педагогический аспект. М.: Педагогика,1990. -184 с.

7. Берже П. Ковекция Рэлея Бенара в жидкостях с высоким числом Прандтля. - В сб. Синергетика: Пер. с англ. /Под ред. Б.Б.Кадомцева. - М.: Мир, 1984, с. 220 - 233.

8. Берже П., Помо И., Видаль К. Порядок в хаосе. М.: Мир, 1991. -368 с.

9. Берулава Г.А. Психодиагностика умственного развития учащихся. Новосибирск: Изд-во НГПИ, 1990.

10. Ю.Блудов М.И. Беседы по физике. Кн. для учащихся ст. классов сред, шк. Под ред. Л.В.Тарасова. 4-е изд., дораб. - М.: Просвещение, 1992. - 384 с.

11. П.Брунер Дж. Психология познания: Пер. с англ.- М.: Прогресс, 1977. -412 с.

12. Бубликов С.В., Кондратьев А.С. Методологические основы решения задач по физике в средней школе: Учебн. пособие. СПб.: Образование, 1996. - 80 с.

13. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика в примерах и задачах. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1979. 464 с.

14. Бутиков Е.И., Быков А.А., Кондратьев А.С. Физика для поступающих в вузы. М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит. 1978. 608 с.

15. Буховцев Б.Б., Климонтович O.JI., Мякишев Г.Я. Физика. /Учебн. для 9 кл. М.: Просвещение, 1982. 273 с.

16. Быков А.А., Шурухин В.О. Энтропия и динамический (термодинамический) хаос в расположении молекул. //Методика обучения физике в школе и вузе. Сборник научных статей. СПб.: Из - во РГПУ им. А.И.Герцена, 1999. - с. 72 - 74.

17. Вентцель Е.С. Теория вероятностей. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1969. 576 с.

18. Видинеев Н.В. Природа интеллектуальных способностей человека. -М.: Мысль, 1989.

19. Виненко В.Г. Структуры динамического хаоса. Физика в школе. -1997- №1. с. 53-57.

20. Волковысский Р.Ю. Об изучении основных принципов физики в средней школе: Пособ. для учителей. М.: Просвещение, 1982. - 64 с.

21. Волков К.Н. Психологи о педагогических проблемах: Книга для учителя. /Под ред. А.А.Бодалева. М.: Просвещение, 1981. -128 с.

22. Гершунский Б.С. Философия образования: научный статус и задачи. //Советская педагогика. -1991. №4. - с.69-74.

23. Гинзбург М.Р. Психологическое содержание личностного самоопределения. //Вопросы психологии. -1994. -№3. -с.43-53.

24. Гладкова Р.А., Добронравов В.Е., Жданов Л.С., Цодиков Ф.С. Сборник задач и вопросов по физике для средних специальных учебных заведений. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1977. -368 с.

25. Глазова Л. И. Вычислительный эксперимент как средство изучения нелинейных явлений в курсе физики. Дис. на соискание степени канд. пед. наук. СПб, 1998,139 с.

26. Гольдфарб Н.И. Сборник вопросов и задач по физике: Учебн. пособие. 5-е изд. - М.: Высшая школа, 1983. - 351 с.

27. Горбацкий В.Г. Космические взрывы. М.: Наука, 1979. - 204с.

28. Готт B.C. Философские вопросы современной физики: Учебн. пособие. М.: Высшая школа, 1988. - 343 с.

29. Грабарь М.И. Краснянская К.А. Применение математической статистики в педагогических исследованиях. М.: Педагогика, 1977. - 135 с.

30. Дирак П.А.М. Эволюция взглядов на картину природы. // Вопрсы философии. 1963. - №12.

31. Достоверность результатов педагогического эксперимента. Методические рекомендации учителя школы №10 СПб, методиста РМК ВО Комитета по образованию и культуре, документы УОК, 1999. 9 с.

32. Задачи по физике. Учебное пособие. /Под ред. О.Я.Савченко. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1981. - 432 с.34.3алесский Г.Е. Психологические вопросы формирования убеждений. М.: Изд-во МГУ, 1992. -120 с.

33. Знаменский П.А. Методика преподавания физики в средней школе. Пособие для учителей. 2-е изд. - Ленинград: Гос. учебно-педагогическое из-во,1954. - 552 с.

34. Извозчиков В.А. Современные проблемы методологии и теории обучения физике. // Методологические вопросы формирования мировоззрения и стиля мышления учащихся при обучении физике: Межвузовский сборник научных трудов. Д.: Изд-во ЛГПИ, 1986. -с.6-25.

35. Ильина Т.А. Вопросы теории и методики педагогического эксперимента. М.: Знание, 1975. - 123 с.

36. Иродов И.Е. Задачи по общей физике. М.: Наука. Гл. ред, физ.-мат. лит., 1979. 368 с.

37. Капица П.Л. Эксперимент. Теория. Практика: Статьи и выступления. М.: Наука, 1987. - 496 с.

38. Кедров Б.Н. О природе научного понятия. //Вопросы психологии. -1969. №8.

39. Климонтович Ю.Л. Статистическая физика: Учебное пособие. -М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1982. - 608 с.

40. Кондратьев А.С. Некоторые направления дифференциации и индивидуализации обучения физике. //Современные тенденции обучения физике в средней школе: Межвузовский сборник научных трудов. JL: Изд-во РГПУ, 1991. - с.3-8.

41. Кондратьев А.С. Физика как основа интеллектуального развития школьников. //Обучение физике в школе и вузе. Материалы научно практической межвузовской конференции. - СПб.: Образование, 1997. - с. 3-4.

42. Кондратьев А.С. Физическое понимание и его уровни. //Образование и культура Северо-Запада России: Вестник СЗО РАО. Вып. 2,- СПб.:!998. - с.140-148.

43. Кондратьев А.С. Современная парадигма теории обучения физике. //Теоретические проблемы физического образования. Материалы научно практической межвузовской конференции северозападного отделения РАО. СПб.: Образование, 1996. - с.3-4

44. Концепция структуры и содержания общего среднего образования (в 12-ти летней школе) (проект). //Народное образование. 2000. -№2. - с. 19-26.

45. Краевский В.В. Проблема научного обоснования обучения. Методологический анализ. М.: Педагогика, 1977. - 262 с.

46. Краевский В.В. Соотношение педагогической науки и педагогической практики. М.: Знание, 1977. - 64 с.

47. Крускал М. Адиабатические инварианты: Пер. с англ.- М.: ИЛ, 1962. 92 с.

48. Кузнецов И.В. Избранные труды по методологии физики. М.: Наука, 1975. - 296 с.

49. Курдюмов С.П., Малинецкий Г.Г., Потапов А.Б. Синергетика -новые направления. М.: Знание, 1989. - 48 с.

50. Ланина И .Я., Тряпицына А.П. Раздвигая границы привычного: Путешествие по урокам физики. Л.: Лениздат, 1990. -110 с.

51. Лаужикас И.О. О структуре урока в дифференцированном классе. //Актуальные проблемы индивидуализации обучения: Материалы научного симпозиума. Тарту, 1970.

52. Лернер И .Я. Дидактические основы методов обучения. М.: Просвещение, 1981. - 186 с.

53. Максимова В.Н. Структура и принципы отбора содержания профильных образовательных программ. //Профилирование школ:

54. Разработка учебных планов: Материалы Международного семинара. СПб.: Образование, 1996. - с.83-93.

55. Менчинская Н.А. Психологические закономерности формирования научного мировоззрения. //Психология формирования и развития личности. / Под ред. А.И.Анциферовой. М.: 1981.

56. Методика преподавания физики в средней школе. Частные вопросы. Под ред. С.Е.Каменецкого, Л.А.Ивановой. М.: Просвещение, 1987. - 336с.

57. Методика преподавания физики. Под ред. В.П.Орехова, А.В.Усовой. М.: Просвещение, 1980. - 320 с.

58. Мощанский В.Н. Проблема научного мышления и ее педагогический аспект. //Межвузовский сборник научных трудов. -Л.:1986. с.108-116.

59. Мултановский В.В. Физические взаимодействия и картина мира в школьном курсе: Пособие для учителей. М.: Просвещение, 1977. -168с.

60. Мун Ф. Хаотические колебания. М.: Мир. 1990.

61. Национальная доктрина образования в Российской Федерации (проект) // Народное образование. 2000. -№2. - с. 14-18.

62. Педагогика: Учебное пособие для студентов пед. институтов./Под редакцией Ю.К.Бабанского. М.: Просвещение, 1983. - 608 с.

63. Платонов К.К. Краткий словарь системы психологических понятий. М.: Высшая школа, 1984. -174 с.

64. Подласый И.П. Педагогика. М.: Просвещение, 1996. - 432с.

65. Путилов К.А. Курс физики. T.l. М.: Гос. из-во физ.-мат. лит., 1962. 560 с.

66. Разумовский В.Г. Методология совершенствования преподавания физики. //Физика в школе. 1983. -№3. -с. 10-17.

67. Рубинштейн С.Л. Основы общей психологии: В 2-х томах. Т. 1-2. -М.: Педагогика, 1989. - 488с, 322с.

68. Румер Ю.Б., Рыбкин М.Ш. Термодинамика, статистическая физика и кинетика. М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1977. - 552 с.

69. Рымкевич А.П. Сборник задач по физике для 8-10 классов средней школы. -12 изд. М.: просвещение, 1988. - 191 с.

70. Савельев И.В. Общий курс физики. Том 1. Механика. Молекулярная физика. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1977. -464 с.

71. Свитков Л.П. Изучение термодинамики и молекулярной физики. Пособие для учителей. М.: Просвещение,1975. - 128 с.

72. Сивухин Д.В. Термодинамика и молекулярная физика: Учеб. пособие для вузов. 3-е изд., испр. и доп. - М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1990. - 592 с.

73. Скаткин М.Н. Методология и методика педагогических исследований. М.: Педагогика, 1986. - 152 с.

74. Смит Д. Генерирование хаоса в домашних условиях. //В мире науки. 1992. -№3.

75. Соловейчик И. А. Физика: Молекулярная физика. Электродинамика. /Пособие для абитуриентов и старшеклассников. СПб.: Из-во «Оракул», 1997. 272 с.

76. Спасский Б.И. Вопросы методологии и историзма в курсе физики средней школы: Пособ. для учителей. М.: Просвещение, 1975. - 95 с.

77. Степанова Г.Н. Сборник вопросов и задач по физике. Для 10-11 классов общеобразовательной школы. СПб.: «Специальная литература», 1996. - 384 с.

78. Сухомлинский В.А. Избранные педагогический сочинения: в 3-х томах. Т.1. /Сост. О.С.Богданова, В.З.Смаль. - М.: Педагогика, 1979. - 560 с.

79. Тарасов Л.В. Современная физика в средней школе. М.: Просвещение, 1990. - 288 с.

80. Тряпицына А.П. Организация творческой учебно-познавательной деятельности школьников. Л.: Из-во ЛГПИ, 1989. - 84 с.

81. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 4. М.: Мир, 1965. 262 с.

82. Фейнман Р., Лейтон Р., Сэндс М. Фейнмановские лекции по физике. Вып. 7. М.: Мир, 1966. 291 с.

83. Физика. Учебн. для 10 кл. средн. шк. /А.М.Шахмаев, С.Н.Шахмаев, Д.М.Шодиев, 2-е изд. - М.: Просвещение, 1993. - 239 с.

84. Физика на пороге новых открытий./ Под ред. Л.Н.Лабзовского. Л.: ЛГУ, 1990.- 320 с.

85. Физика. Большой энциклопедический словарь. /Гл. ред. А.М. Прохоров. 4-е изд. - М.: Большая Российская энциклопедия, 1998. - 944 с.

86. Физика: Учеб. пособие для 10 кл. шк. и классов с углуб. изуч. физики. О.Ф.Кабардин, В.А.Орлов, Э.Е.Эвенчик и др.; /под ред, А.А.Пинского. 2-е изд. - М.:Просвещение, 1995. - 415 с.

87. Физика: Учебн. для 10 кл. шк. (классов) с углубл. изучен, физики. /А.К.Кикоин, И.К.Кикоин, С.Я.Шамаш, Э.В.Эвенчик. М.: Просвещение, 1992. - 256 с.

88. Философские проблемы естествознания. М.: Высшая школа, 1985. - 400 с.

89. Философско-психологические проблемы развития образования. /Под ред. В.В.Давыдова; РАО. М.: ИНТОР, 1994. -128 с.

90. Фок В.А. Квантовая физика и строение материи. Д.: 1965.

91. Фок В.А. Нильс Бор в моей жизни. //Наука и человечество. М.: Знание, 1963. - 519 с.

92. Фридман Л.М. Логико-психологический анализ школьных учебных задач. М., 1977.

93. Хакен Г. Синергетика: Иерархии неустойчивостей в самоорганизующихся системах и устройствах: Пер. с англ. М.: Мир, 1985.-423 с.

94. Шапиро С.И. Психологический анализ Структуры математических способностей в старшем школьном возрасте. //Вопросы психологии способностей. /Под ред. В.А.Крутецкого. М.: Педагогика, 1973. - с.90-129.

95. Шептулин А.П. Диалектический метод познания. М.: Политиздат, 1983. - 320 с.

96. Шурухин В.О. Влияние магнитного поля на плазменные возбуждения в слоистых системах./Дисс. на соискание ученой степени магистра физики. Спб.: 1995.- 73с.

97. Шурухин В.О. К вопросу об изучении энтропии в курсе физики средней школы. // Физико-математическая гимназия №30. Сборник научно-методических статей. СПб.: Из-во «Тирекс», 1996. - с.141.

98. Шурухин В.О. Энтропия в курсе физики средней школы. //Теоретические проблемы физического образования. Материалы научно практической межвузовской конференции северозападного отделения РАО. СПб.: Образование, 1996. - с. 125 -126.

99. Шурухин В.О. Изучение энтропии и вероятности в средней школе. //Современные проблемы изучения физики в школе и вузе. Материалы международной научной конференции «Герценовские чтения. СПб.: Из-во РГПУ им.А.И.Герцена, 1999. -с. 158 - 162.

100. Элементарный учебник физики: Учеб. пособие. В 3 т. /Под редакцией Г.С.Лансберга: Т.1. Механика. Теплота, Молекулярная физика. 11-е изд. - М.: Наука. Физматлит, 1995. - 608 с.

101. Яворский Б. М., Пинский А.А. Основы физики: Учебное пособие. В двух томах. Т.1. 3-е изд., перераб. - М.:Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1981. - 502 с.

102. Якунин В.А. Педагогическая психология: Учебн. пособ. / Европ. ин-т экспертов. СПб.: Изд-во «Полиус», 1998. - 639 с.

103. Haken Н., Synergetics, Springer in Synergetics, vol 1, 3rd ed., Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1978.