Tesis sobre la historia del desarrollo de las ciencias térmicas
La ciencia térmica es una parte indispensable e importante de la enseñanza de la física en las escuelas secundarias, y porque
es relativamente abstracta , se ha convertido en una dificultad en la enseñanza de física en la escuela secundaria. Los fenómenos térmicos son omnipresentes
y se pueden ver en todas partes. Los estudiantes ya los han experimentado, lo cual es una buena base para enseñar ciencias térmicas
. Sin embargo, precisamente por esta base, las opiniones incorrectas son difíciles de corregir.
Según la experiencia docente y los hallazgos de los investigadores
, sabemos que un número considerable de estudiantes de primaria y secundaria, hayan estudiado física o no, tienen una comprensión poco científica del calor. Un concepto típico es el de tratar. calor
Piensa en ello como una sustancia fluida. Según la actual teoría internacional del aprendizaje que tiene un amplio impacto en la educación científica, a saber, la teoría del "cambio de conceptos", se cree que el proceso de aprendizaje científico es un proceso de enseñanza para la transformación. Entonces, al igual que la enseñanza de la física térmica en las escuelas secundarias, su principal objetivo es permitir que los estudiantes aprendan sobre el calor. Realizar el cambio de sus conceptos y establecer una visión científica del movimiento molecular.
Para cambiar conceptos, muchos profesores e investigadores han hecho varios intentos,
por ejemplo, a través de métodos como "aprender haciendo" y "investigación experimental" para ayudar a los estudiantes a establecer conocimiento térmico científico.
, logró ciertos resultados. Se han logrado ciertos resultados. En este artículo, el autor intenta utilizar el desarrollo de la historia térmica para llevar a cabo una enseñanza eficaz, ayudar a los estudiantes a cambiar sus conceptos y analizar brevemente la historia de la termal.
Desde la perspectiva de la psicología del desarrollo cognitivo, el nivel de conocimiento y comprensión del estudiante individual sobre una determinada cosa
es una interacción constante entre el sujeto y el objeto
Cambiado y mejorado en el proceso. El proceso de desarrollo cognitivo individual es un microcosmos del proceso de desarrollo cognitivo humano
. Por tanto, el nivel de desarrollo cognitivo de un individuo corresponde al nivel de desarrollo cognitivo en la historia de la humanidad. En otras palabras, el desarrollo de la comprensión humana del calor se puede utilizar para predecir la comprensión del calor por parte de los estudiantes. Para enseñar ciencia térmica de manera efectiva, necesitamos presentar a los estudiantes la historia de la ciencia térmica. A lo largo de la historia, los humanos han estado pensando en qué es y qué no es el "calor". La comprensión que la gente tiene del calor cambia y se desarrolla constantemente. A grandes rasgos
se puede resumir en las siguientes tres etapas:
1. La formación de materia calórica
Influenciado por la teoría atómica de la antigua Grecia, el calor es una especial Esta visión de la entidad material también ha circulado. El científico y filósofo francés Gassendi creía que el calor y el frío
también están compuestos de "átomos calientes" y "átomos fríos" especiales, mientras que Bolkhov creía que el calor
El origen es altamente dúctil y partículas de material penetrante perforadas en los poros de los objetos
No tienen peso y se repelen entre sí. Este punto de vista condujo a la "teoría de la masa térmica". El calor puede viajar de un objeto caliente a un objeto frío, al igual que el agua que fluye de un lugar alto a un lugar bajo
. Se cree que el calor es una sustancia especial. Está oculto entre las partículas de materia
y las partículas de calor son atraídas por las partículas de calor, mientras que las partículas de calor se repelen entre sí. En el siglo XVIII
...."La teoría del plasma térmico" dominaba casi todos los campos de la ciencia térmica. En aquella época, la "teoría del plasma térmico" podía utilizarse de una forma sencilla y sorprendente.
Una forma satisfactoria de explicar la mayoría de los fenómenos térmicos descubiertos en aquella época, con cierto grado de éxito
Por ejemplo, los cambios de temperatura de los objetos son causados por ". Provocados por la absorción o disipación de "masa térmica"; Sin embargo, más tarde, la "teoría de la masa térmica" no pudo explicar fenómenos como la contracción térmica, la expansión en frío y el calentamiento por fricción, y fue seriamente cuestionada. la formación de la teoría térmica cualitativa
En 1658, Gassendi propuso la hipótesis de que la materia está compuesta de moléculas, asumiendo que las moléculas
son partículas duras que pueden moverse en todas direcciones y, por tanto, combinarse. en diferentes formas, exhibiendo diferentes características.
Usó esta hipótesis para explicar mejor los tres estados de sólido, líquido y gas. Es decir, dentro de un sólido, las partículas duras están estrechamente unidas y la fuerte fuerza entre las partículas las mantiene en una forma fija, y las partículas están dispuestas en un patrón regular, >
Las fuerzas entre; las partículas que están muy juntas
hacen que sean difíciles de dispersar; en un gas, no hay fuerza de interacción entre las partículas que están muy separadas y las partículas individuales se comportan de manera autosostenible.
Ya en el siglo XIX, con el establecimiento de la teoría química atómica, también se propuso el concepto de moléculas.
El fenómeno del movimiento irregular de las moléculas también ha sido probado experimentalmente. En 1803,
Dalton (un químico británico) propuso las ideas básicas de su nueva teoría atómica estudiando la composición y propiedades de la atmósfera y la difusión y mezcla de gases.
Es decir: todos los elementos químicos están compuestos de átomos indivisibles; los átomos de varios elementos son diferentes debido a diferentes formas y propiedades, y tienen diferentes propiedades
Los átomos de los elementos; se combinan en proporciones simples de números enteros para formar los compuestos originales
. En ese momento, debido a que el concepto de "molécula" aún no se había establecido, Dalton llamó a las moléculas compuestas por diferentes átomos "átomos compuestos". En 1811, Avogadro (físico italiano) comenzó a proponer "átomos complejos" basándose en la teoría atómica de Dalton. En 1827, gracias a la observación e investigación a largo plazo de Brown (botánico británico), se descubrió el movimiento browniano y se hicieron nuevos descubrimientos en cinemática molecular, que proporcionaron pruebas sólidas del movimiento molecular. En 1905, Einstein
finalmente estableció la teoría del movimiento browniano desde la perspectiva de la mecánica estadística, proporcionando una base teórica para el estudio del movimiento molecular
. Posteriormente, Perrin de Francia llevó a cabo muchos años de experimentos de movimiento browniano basados en los resultados teóricos de Einstein y otros, y así midió con mayor precisión los datos relevantes moleculares y constantes de Avogadro.
Por tanto, el movimiento browniano es la manifestación macroscópica del movimiento molecular microscópico. También es una prueba contundente del movimiento térmico de las moléculas y de la existencia de espacios entre ellas.
3. Cuenca fija formada por movimiento térmico
A través de una gran cantidad de experimentos, Joule y otros creyeron que el movimiento térmico y mecánico tienen la misma forma de movimiento y también son una especie de movimiento, más que una sustancia particular
(masa térmica). Desde entonces, se han realizado investigaciones cuantitativas y más sistemáticas sobre el movimiento térmico
. Así se estableció la teoría del movimiento molecular. Muchos científicos han trabajado mucho sobre la teoría del movimiento molecular, entre los que destacan los trabajos de Clausius, Maxwell y Boltzmann. Son los principales fundadores de la teoría del movimiento molecular. Después de los esfuerzos de varias generaciones de físicos, finalmente se estableció la teoría del movimiento molecular. No sólo revela el sistema entre el proceso "térmico" macroscópico y el movimiento microscópico de las moléculas, sino que también explica que el calor es la encarnación del movimiento irregular de un gran número. de moléculas, una macro
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El estado termodinámico de un sistema está determinado por las leyes estadísticas de un sistema compuesto por un gran número de moléculas
. Esto también muestra que el movimiento térmico y el movimiento mecánico son formas de movimiento completamente diferentes. El movimiento de una sola molécula sigue las leyes de la mecánica de Newton, mientras que el movimiento de un gran número de moléculas sigue regularidades estadísticas.
4. La Ilustración de la Historia del Desarrollo de la Ciencia Térmica en la Enseñanza de la Ciencia Térmica en las Escuelas Secundarias
En la enseñanza de física en la escuela secundaria, no se requiere el dominio cuantitativo de la cinemática molecular, por lo que
Los actuales libros de texto de física de secundaria solo involucran algunos conceptos básicos de cinemática molecular.
Expresión de ideas y contenidos: (l) Los objetos macroscópicos están compuestos por una gran cantidad de partículas-moléculas. o átomos; (m) Las moléculas o átomos están compuestos por una gran cantidad de moléculas Compuesto por; (n) compuesto por moléculas o átomos (2) Las moléculas en el objeto se mueven constantemente, este movimiento es irregular; p>, y su intensidad está relacionada con la temperatura del objeto; (3) Entre moléculas Fuerzas de interacción entre
. Se puede ver que los estudiantes de secundaria solo necesitan establecer una perspectiva cualitativa sobre la cinemática molecular.
Este es también el objetivo de la enseñanza de la termodinámica en las escuelas secundarias.
El proceso de enseñanza verdaderamente eficaz es, en realidad, encontrar formas de acortar el tiempo que les lleva a los estudiantes comprender el conocimiento.
No tiene por qué llevar mucho tiempo explorarlo como en el caso de los seres humanos. historia
Por lo tanto, en la enseñanza de la termodinámica, no podemos ignorar la experiencia original de los estudiantes. Debemos plantear situaciones adecuadas a los
problemas para que los estudiantes puedan enfrentar los problemas que enfrentan los científicos y. aprender a través de
lo que los científicos han aprendido enfrentar los problemas para que los estudiantes puedan comprenderlos.
Desarrollar o cambiar continuamente conceptos originales no científicos a través de la investigación. Comprender cómo se desarrolló la historia cognitiva humana desde la teoría de la masa calórica hasta la teoría del calor y el movimiento, qué dificultades existen y cómo superarlas, etc., tiene una importancia de referencia para la enseñanza de física en la escuela secundaria.
Referencias
1 Ding Bangping. Introducción a la educación científica internacional. Taiyuan: Shanxi Education Press, 2002
2 Wu Ruixian, Zhang Liyuan. Chengdu: Prensa de la Universidad de Sichuan, 1987