Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής για τα κλειστά συστήματα

Μηχανολογία (Ε.Ε.) (Επαγγελματικό Λύκειο)

Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής για τα κλειστά συστήματα

2 ώρες

Γενική περιγραφή περιεχομένου

Το σενάριο αναφέρεται στην ενότητα " Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμική για τα κλειστά συστήματα " του μαθήματος "Εισαγωγή στη Μηχανολογία" που σύμφωνα με το πρόγραμμα σπουδών διδάσκεται στην Α΄ τάξη της ομάδας προσανατολισμού "Τεχνολογικών εφαρμογών" του Επαγγελματικού Λυκείου (εγκύκλιος 179071/Γ2/22-11-2013).

Απαραίτητες γνώσεις ώστε οι μαθητές να μπορούν να ανταποκριθούν στις απαιτήσεις της ενότητας είναι η "γνώση" (όπως αυτή προσδιορίζεται από τους διδακτικούς στόχους των αντίστοιχων ενοτήτων) των εννοιών :θερμοδυναμικό σύστημα, θερμοδυναμικά μεγέθη (πίεση, όγκος, θερμοκρασία), ενέργεια, έργο, θερμότητα και μεταβολές αυτών.

Ο πρώτος νόμος της θερμοδυναμικής εκφράζει την αρχή διατήρησης της ενέργειας, για αυτό και έχει ιδιαίτερη σημασία για την πρόοδο στις επόμενες διδακτικές ενότητες.

Εκπαιδευτικό Πρόβλημα

Το διδακτικό πρόβλημα αφορά:

Την διερεύνηση των μεγεθών / εννοιών του έργου, της θερμότητας και της εσωτερικής ενέργειας, που έχουν μεγάλη σημασία για την τεχνική, αφού συνδέονται άμεσα με την μελέτη των ενεργειακών εφαρμογών. Επίσης αφορά την οπτική και ρεαλιστική απεικόνιση πραγματικών μεταβολών αερίων με την χρήση προσομοίωσης καθώς στις συνήθεις εφαρμογές αυτές λαμβάνουν χώρα σε μέρος που δεν είναι οπτικά προσπελάσιμο και κατά συνέπεια είναι δύσκολο στην σύλληψη και την κατανόηση. Τέλος η εκπαιδευτική παρέμβαση αποσκοπεί στην εξερεύνηση του τρόπου σύνδεσης των μεγεθών αυτών, αλλά και των συμπερασμάτων που προκύπτουν από την μεταβολή τους.

at 50/100 Δύσκολο

Εκπαιδευτική Βαθμίδα που απευθύνεται το σενάριο

Επαγγελματικό Λύκειο

Θεματική Ταξινομία

Μηχανολογία (Ε.Ε.) >

Τύπος Διαδραστικότητας

Ενεργός μάθηση

Επίπεδο Διαδραστικότητας

υψηλό

Προτεινόμενη ηλικιακή ομάδα:

-6

6-9

9-12

12-15

15-18

18-25

25+

Φάσεις Ψηφιακού Σεναρίου:

Παρουσίαση θέματος - Εξήγηση προσομοίωσης

15λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Αίθουσα διδασκαλίας, ή αίθουσα με υπολογιστές

Οργάνωση εργασίας - ανάθεση ρόλων

10λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Αίθουσα διδασκαλίας

Διεξαγωγή δραστηριοτήτων

45λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Αίθουσα διδασκαλίας

Περίληψη - Ανάλυση - Σύγκριση - Συσχέτιση

20λεπτά

Χώρος Υλοποίησης

Αίθουσα διδασκαλίας

Διδακτικοί Στόχοι

Οι μαθητές να είναι σε θέση να αναγνωρίσουν τις έννοιες των μεγεθών του Α΄ θερμοδυναμικού νόμου,

Να διακρίνουν τις μορφές των μεγεθών του Α΄ Θ.Ν

Να εξηγούν τη σημασία του Α΄ Θ.Ν σε τεχνικές εφαρμογές

Λέξεις κλειδιά που χαρακτηρίζουν τη θεματική του σεναρίου

θερμοδυναμική, Α΄ θερμοδυναμικός νόμος, κλειστό σύστημα, έργο, Θερμότητα, εσωτερική ενέργεια, μεταβολή εσωτερικής ενέργειας,

Υλικοτεχνική υποδομή

βιντεοπροβολέας. pc ή laptop, έντυπο υλικό, λογισμικό προσομοίωσης, σύνδεση στο internet.

Πνευματικά δικαιώματα ή άλλοι αντίστοιχοι περιορισμοί

Τα πνευματικά δικαιώματα του λογισμικού της προσομοίωσης περιγράφονται στην ιστοσελίδα: http://phet.colorado.edu/about/software-agreement_v7.htm

Δημιουργός Σεναρίου: ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ ΠΑΡΙΣΗΣ (Εκπαιδευτικός)
Έλεγχος Σεναρίου με τα Προγράμματα Σπουδών: ΠΑΓΚΑΛΟΣ ΣΤΑΥΡΟΣ (Σχολικός Σύμβουλος)
Έλεγχος Επιστημονικής Επάρκειας Σεναρίου: ΓΟΜΑΤΟΣ ΛΕΩΝΙΔΑΣ (Συντονιστής)

ΑΝΑΓΝΩΡΙΣΤΙΚΟ (τι είναι;)

Αesop - 9923

Το σενάριο «Ο πρώτος νόμος της Θερμοδυναμικής για τα κλειστά συστήματα» έχει χαρακτηρισθεί ως Υποδειγματικό ύστερα από εργασία επιστημονικής επιτροπής εμπειρογνωμόνων (Εκπαιδευτικός Αυξημένων Προσόντων, Σχολικοί Σύμβουλοι, Μέλος ΔΕΠ / Επιστημονικό Προσωπικό του ΙΕΠ).

Σύστημα πέδησης (φρένων).

Το πραγματικό (χρηστικό) πρόβλημα»

Το προτεινόμενο σενάριο, καλύπτει τους διδακτικούς και εκπαιδευτικούς στόχους του μαθήματος "Συστήματα Αυτοκινήτου Ι", της Β΄ τάξης ΕΠΑΛ (και Γ΄ Εσπερινού) στο Κεφάλαιο 6 "ΣΥΣΤΗΜΑ ΠΕΔΗΣΗΣ", της ειδικότητας «Τεχνίτη Οχημάτων».

Οι μαθητές, μέσα από το παράδειγμα, θα κατανοήσουν όλους εκείνους τους παράγοντες, που επηρεάζουν και καθορίζουν τόσο την ενέργεια πέδησης που απαιτείται για την ακινητοποίηση του οχήματος, αλλά και να είναι σε θέση να υπολογίζουν την απόσταση ακινητοποίησης του οχήματος, όπως προβλέπεται από το πρόγραμμα σπουδών στις ενότητες 6.1, 6.2 και 6.3 του αντίστοιχου κεφαλαίου.

Επί πλέον, έχοντας διδαχθεί τη χρησιμότητα του συστήματος πέδησης και τη λειτουργία όλων των εξαρτημάτων του συστήματος πέδησης, να τους δημιουργηθούν τεχνικά ερωτήματα, σχετικά με την αποτελεσματικότητα και απόδοση του συστήματος πέδησης.

Το σενάριο προσπαθεί να διευκολύνει τους μαθητές/τριες – αλλά φιλοδοξεί να καθιερωθεί και σαν ένα πρωτότυπο παράδειγμα και για άλλα σχετικά «προβλήματα» - όπως του «τρόπου προσέγγισης» και επίλυσης πρακτικών προβλημάτων - που έχουν άμεση σχέση με τη πληρέστερη κατανόηση της λειτουργίας διαφόρων μαθημάτων της ειδικότητάς τους, σε σχέση με έννοιες φυσικών μεγεθών και απλών μαθηματικών υπολογισμών.

Παραδείγματα θεωρητικών εννοιών και η σύνδεσή τους με "προβλήματα" που καλούνται να επιλύσουν οι μαθητές, μετατρέπονται σε άριστα εκπαιδευτικά «εργαλεία» κριτικής σκέψης, σύγκρισης και βελτίωσης των διαφόρων συστημάτων, όπως π.χ το σύστημα Πέδησης.

Α΄ φάση του προβλήματος.

«Μπροστά από ένα σχολείο, κινείται ένα όχημα με ταχύτητα 30 Km/h, όταν ο οδηγός βλέπει ξαφνικά μπροστά του στα 10 μέτρα από το μπροστινό μέρος του προφυλακτήρα του οχήματος, μια μπάλα να κυλά στο οδόστρωμα.

Θα προλάβει να σταματήσει πριν φθάσει τη μπάλα;»

α. Να υπολογιστεί η πραγματική απόσταση ακινητοποίησης του οχήματος, θεωρώντας ότι ο οδηγός αντιδρά άμεσα, το οδόστρωμα είναι καλό, οι καιρικές συνθήκες καλές, καθώς και όλα τα συστήματα του οχήματος λειτουργούν κανονικά (χωρίς βλάβες).

β. Να διατυπωθούν οι προϋποθέσεις / συντελεστές / συνθήκες (οριακές) κάτω από τις οποίες, το όχημα μπορεί να αποφύγει ή όχι τη σύγκρουση με τη μπάλα. (ΔΥΣΚΟΛΟ για τα χρονικά περιθώρια του μαθήματος, ΑΛΛΑ αξίζει να γίνει μια αναφορά ή να γίνει ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ή πρόγραμμα Αγωγή Υγείας, Οδικής ασφάλειας, ή και να μετατραπεί και σε Διαθεματικό)