Совершенствование алгоритма решения задач по теме "Агрегатные состояния вещества"

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АЛГОРИТМА РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ ПО ТЕМЕ

«ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНЫХ СОСТОЯНИЙ ВЕЩЕСТВА»

Щелкунова Ирина Евгеньевна

учитель физики

МОУ «СОШ №1 г. Новоузенска Саратовской области»

E-mail: [e-mail]

Физика стоит в одном ряду с науками естественного цикла, изучающими природу. И как все они является очень интересной. Но по шкале сложности школьных предметов, занимает одно из ведущих мест. Наибольшие трудности при ее изучении учащиеся испытывают при решении задач, то есть когда требуется применить знания. Эти трудности нередко приводят их к отказу даже от попыток решать задачи.

Каждый из ребят мечтает кем-то стать:  врачом, военным, писателем, художником и т.д. Другими словами, хочет научиться делать то, что подразумевает данная профессия. Причем не просто делать, а хорошо делать. В ходе освоения понравившейся профессии каждый из них будет решать определенные задачи.  Все равно, какие: логические, физические, химические, конструкторские, грамматические и прочие. А любое решение задач требует умения думать. Вот почему обучение умению думать в процессе решения задач – важнейшая сторона подготовки учащихся к их теоретической и практической деятельности.

Задачи, которые учащиеся должны уметь решать в ходе своей деятельности, крайне многообразны. Научить решению всех задач, которые могут встретиться в жизни невозможно: их количество практически необозримо. Тем не менее, надо подготовить детей к тому, чтобы в будущем они умели решать самые разнообразные задачи. Сделать это можно единственным способом: обучая решению конкретных задач, формировать у них достаточно общие методы мышления и вообще деятельности, общие способы подхода к любой задаче, умение искать решение в любой новой ситуации, то есть внедрять алгоритмы - общие правила решения задач в той или иной области.

Исходя из личного опыта, могу отметить – в школьном курсе физики огромное количество расчетных задач  разного уровня сложности, направленности, типов, способов и методов решения. Но большинство из них группируются вокруг нескольких десятков типичных учебных ситуаций, для которых существует определенный алгоритм (Приложение №1), помогающий определить искомую величину, выполняя те или иные действия в определенной последовательности.

Раздел «Тепловые явления» изучается в курсе физики 8-го класса, где вводятся основные понятия и формулы для расчёта количества теплоты, необходимого в процессах нагревания, плавления и испарения вещества, а затем систематизируются в виде таблицы (Приложение №2). Она используется в дальнейшем при решении задач.

Как правило, простые физические задачи, не вызывают у детей затруднений. Они решаются по определенному алгоритму (Приложение №3) и для их решения необходимо знание всего одной формулы. Другое дело, когда речь идет о решении задач среднего и высокого уровня сложности. В них описываются теплообменные процессы между телами, сопряженные с фазовыми переходами, то есть с изменением агрегатных состояний вещества. Невзирая на сравнительно несложный математический аппарат и небольшое количество формул, применяемых в разделе, обучающиеся испытывают значительные затруднения при их решении.

Почему возникают эти затруднения?

Анализ наиболее характерных ошибок, допускаемых детьми при решении задач по рассматриваемому разделу, показывает, что они зачастую просто «не видят» скрытые тепловые процессы, которые прямо не описываются в условии. Как правило, это происходит в основном из-за того, что обучающиеся не подвергают тщательному анализу ситуацию, описанную в задаче, применительно к каждому виду теплообмена в отдельности, а стараются охватить все физические процессы одновременно.

Например, при решении задачи на расчет количества теплоты, необходимого для нагревания куска свинца массой 2 кг, взятого при температуре 300°С до температуры 1800°С, дети совершенно «не видят» процессы плавления и кипения, которые должны происходить с этим куском свинца при температуре 327°С и температуре 1740°С соответственно.

К тому же все алгоритмы решения задач по теме «Изменение агрегатных состояний вещества», известные на сегодняшний день (Приложение №4), сложны, громоздки и не снимают тех проблем, для решения которых они создавались.

В связи с этим, считаю необходимым усовершенствовать алгоритм решения задач подобного типа.

Поэтому я разработала свой алгоритм решения задач подобного типа, который предполагает ситуацию, описываемую в условии задачи, для наглядности изображать в виде блок - схемы по следующему плану:

1)    Начертить вертикальную температурную шкалу (или обычную линию), по подобию с термометром.

2)    Произвольно разделить шкалу с помощью двух точек, на три  части, так как любое вещество может находиться в трех агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном), Эти точки  являются точками фазовых переходов вещества из одного агрегатного состояния в другое:

-       между твердым состоянием и жидким – t_пл = t_от,

-       между жидким и газообразным состояниями – t_кип = t_кон.

3)    Отметить на этой же шкале еще две точки, которые являются начальной и конечной температурами тела по условию задачи.

4)    Выделить на температурной шкале участки, соответствующие отдельным тепловым процессам.

5)    Записать для каждого участка соответствующую формулу расчета количества теплоты.

6)    Определить знак количества теплоты (если температура увеличивается, то тело получает  энергию, поэтому в формулах расчета количества теплоты при переходе из одного агрегатного состояния в другое поставить знак «+», если температура уменьшается, то тело отдает энергию, поэтому поставить знак «-»).

7)    Просуммировать количества теплоты всех тепловых процессов, описываемых в задаче.

В 2017-2018 учебном году мною была опробована методика решения задач на фазовые переходы с использованием данной блок - схемы. Обучающиеся на основе тщательного анализа условия задачи, к которому они неоднократно обращались в ходе составления блок-схемы, прослеживали и математически описывали всю цепочку физических превращений, не упуская, в том числе, и «скрытые» тепловые процессы. А достигалось это за счет того, что они не распыляли свое внимание, а сосредотачивали его на каждом процессе в отдельности.

Результаты показали полную состоятельность данной методики (Приложение №5), так как успеваемость возросла на 11, а качество знаний – на 29%!

В силу того, что использование усовершенствованного алгоритма решения задач  по теме «Изменение агрегатных состояний вещества» с использованием блок - схемы, позволяющей наглядно и подробно изображать все явные и «скрытые» тепловые процессы решаемой задачи, дало положительные результаты, считаю, что его использование имеет практическую значимость, а, следовательно, целесообразно при формировании у учащихся навыков решения задач по данной теме.

Приложение №1

Алгоритм решения количественных задач по физике

1.     Прочитать условие задачи. Выяснить, какие физические явления или процессы в ней заданы.

2.     Вспомнить определения физических величин, характеризующих как эти явления, так и свойства тел, в них участвующих.

3.     Вспомнить, какие физические законы справедливы для явлений, заданных в условии задачи.

4.     Выяснить физический смысл величин, конкретизирующих указанные в задаче явления или процессы.

5.     Записать краткое условие задачи (выразив все известные величины в единицах Системы Интернациональной — СИ).

6.     Сделать чертеж (схему, рисунок) к задаче по принятым правилам и использовать его при решении задачи.

7.     Записать физические законы и определения физических величин, нужные для решения задачи.

8.     Записать в математическом виде соотношения, выражающие физический смысл дополнительных условий, конкретизирующих указанные в задаче явления.

9.     Решить полученную систему уравнений в общем виде относительно искомых величин.

10. Произвести проверку размерности полученной формулы.

11. Вычислить значения искомых величин с учетом правил приближенных вычислений.

12. Проанализировать полученный результат.

Приложение №2

Таблица №1  

Физические величины и формулы,  характеризующие тепловые процессы

Процесс	Соответствующие формулы	Примечание
Нагревание (охлаждение) без изменения агрегатного состояния	Q = cm(t2 – t1) = cm∆t, где: m - масса тела; с - удельная теплоемкость вещества; t1 - начальная температуры тела; t2 - конечная температуры тела; ∆t – изменение температуры тела	стр.25 табл.1
Горение	Q = qm, где: q – удельная теплота сгорания вещества	стр.31 табл.2
Плавление (крис-таллизация)	Q = ± λm, где: λ – удельная теплота плавления (кристаллизации) вещества	стр.45 табл.4 (стр.39 табл.3)
Парообразование (конденсация)	Q = ± Lm, где: L - удельная теплота парообразования (конденсации) вещества	стр.61 табл.6 (стр.55 табл.5)

Приложение №3

Алгоритм решения задач на тепловые явления

1.     Прочитать условие задачи.

2.      Выяснить, сколько тел участвует в теплообмене и какие физические процессы происходят (например, нагревание или охлаждение, плавление или кристаллизация, парообразование или конденсация).

3.     Записать краткое условие задачи, дополняя его необходимыми табличными величинами; все величины выразить в системе «СИ».

4.     Записать необходимые формулы для расчета количества теплоты с учетом знака (если тело получает  энергию, то ставят знак «+», если тело отдает энергию — знак «-»).

5.     Записать полученное уравнение в общем виде относительно искомых величин.

6.     Произвести проверку размерности полученной величины.

7.     Вычислить значения искомых величин.

Приложение №4

Приложение №5

Сравнительная диаграмма успеваемости и качества знаний

до и после использования блок-схемы при решении задач

по теме «Изменение агрегатных состояний вещества»