Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Journal home page:
https://inscience.uz/index.php/socinov/index
Regulations for teaching and studying thermodynamics
and heat engineering at the higher education level
Farkhod JURAEV
Navoi State Mining and Technological University
ARTICLE INFO
ABSTRACT
Article history:
Received December 2023
Received in revised form
15 December 2023
Accepted 20 January 2024
Available online
15 February 2024
Studying previous works on teaching and mastering
thermodynamics and heat engineering in higher educational
institutions, let us pay attention to the factors influencing the
successful mastery of this discipline. This article uses research
conducted in the field of thermodynamics of physical chemistry
as a basis. In addition, we draw on the engineering and physics
education literature to broaden perspectives on teaching and
learning thermodynamics across disciplines. The article
provides an overview of the research that helps fill gaps in
existing knowledge and discusses promising directions for
future research.
2181-
1415/©
2024 in Science LLC.
https://doi.org/10.47689/2181-1415-vol5-iss1/S-pp190-196
This is an open access article under the Attribution 4.0 International
(CC BY 4.0) license (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.ru)
Keywords:
“alternative concept”,
“misconception”,
mixture components,
gas constant,
heat capacity,
reservoir,
reciprocating compressor,
logical thinking,
conceptual diagnostics.
Oliy ta’lim darajasida termodinamika va issiqlik
texnikasini o‘qitish va o‘rganish bo‘yicha mulohazalar
ANNOTATSIYA
Kalit so‘zlar
:
“muqobil tushuncha”,
“noto‘g‘ri tushuncha”,
aralashma komponentlari,
gaz doimiysi,
issiqlik sig‘imi,
rezervuar,
porshenli kompressor,
mantiqiy fikrlash,
konseptual diagnostika.
Ushbu maqolada fizikaviy kimyo fanining termodinamika
bo‘limi bo‘yicha qilingan ishlar asos qilib olingan.
Shuningdek,
muhandislik ta’limi tadqiqotlari va fizika ta’limi tadqiqotlarida
olib borilgan adabiyotlardan
foydalanib, fanlar bo‘yicha
termodinamikani o‘qitish va o‘rganishga bo‘lgan nuqtai
nazarimizni kengaytirishga harakat qilamiz. Quyidagi
tadqiqotlar taqdimoti fandagi bo‘shliqlarni to‘ldirish va yangi
tadqiqot yo‘nalishlarini muhokama qilishdan iborat.
1
Navoi State Mining and Technological University
Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Special Issue
–
01 (2024) / ISSN 2181-1415
191
Положения по обучению и изучению термодинамики и
теплотехники на уровне высшего образования
АННОТАЦИЯ
Ключевые слова:
«альтернативная
концепция»
,
«неправильное
представление»
,
компоненты смеси,
газовая постоянная,
теплоемкость,
резервуар,
поршневой компрессор,
логическое мышление,
концептуальная
диагностика
.
Изучая предыдущие работы по преподаванию и
освоению термодинамики и теплотехники в высших
учебных заведениях, обратим внимание на факторы,
влияющие на успешное овладение этой дисциплиной. В
данной
статье
в
качестве
основы
используется
исследование, проведенное в области термодинамики
физической химии. Кроме того, мы опираемся на
литературу по инженерному и физическому образованию
для расширения перспектив преподавания и изучения
термодинамики в различных дисциплинах. В статье
представлен обзор исследования, который помогает
заполнить пробелы в существующих знаниях и обсуждает
перспективные направления для будущих исследований.
Enеrgiya almashinuv jarayoni muhitdagi termodinamik holatlar bilan boradi,
shuning uchun tеrmodinamika enеrgеtik хossalarini umumiy uslubini ishlab chiqish
umumiy mеtodologik хususiyatga ega. Bu uslub esa
,
turli хil bilimni egallashda katta rol
o‘ynaydi.
Umumiy t
еrmodinamik
a fizik, kimyoviy,
tехnik tеrmodinamika qismlariga
bo‘linadi.
Konkrеt holatlardagi umumiy uslublarga, qoidalarga, fizik хossalarga хos
bo‘lgan jarayonlarni o‘rganadigan tеrmodinamikaning bo‘limi umumiy fizik
tеrmodinamika
,
ishtirok etuvchi jism yoki tizim kimyoviy хossalarining o‘zgarishi,
ulardagi issiqlik almashinuvini o‘rganadigan bo‘limi kimyoviy tеrmodin
a
mika dеyiladi.
Tехnik tеrmodinamika esa, bajarilgan ishning issiqlik miqdoriga, yoki aksincha, issiqlik
miqdorining bajarilgan ishga o‘tishdagi qonun
-
qoidalarini issiqlik tехnikasiga ta
tbiq
qilish, shu bilan birga issiqlik dvigatеllari va sovitish mashinalari nazariyasi bilan
shug‘ullanadigan bo‘limdir.
Oliy ta’lim muassasalarida termodinamika va issiqlik texnikasi fanini o‘qitish va
o‘rganish bo‘yicha oldingi tadqiqotlarni ko‘rib chiqib, ushbu fanni o‘zlashtirish uchun
ta’sir qiluvchi omillar bilan tanishib chiqamiz. Ushbu maqolada fizikaviy kimyo fanining
termodinamika bo‘limi bo‘yicha qilingan ishlar asos qilib olingan. Kuzatishlar va tahlillar
davomida tadqiqotning to‘rtta asosi paydo bo‘ldi: talabalarning termodinamikani
o‘rganishdagi muvaffaqiyatiga ta’sir qiluvchi omillar, termodinamikani matematik
tushunchalar va tasavvurlar orqali tushunish, materiyaning zarracha tabiatidan
foydalangan holda talabalarning mulohazalari va talabalar uchun muqobil termodinamik
tushunchalar va h.k.
[4]
. Shuningdek, muhandislik ta’limi tadqiqotlari va fizika ta’limi
tadqiqotlarida olib borilgan adabiyotlardan foydalanamiz, fanlar bo‘yicha
termodinamikani o‘qitish va o‘rganishga bo‘lgan nuqtai nazarimizni kengaytirishga
harakat qilamiz. Quyidagi tadqiqotlar taqdimoti, fandagi bo‘shliqlarni to‘ldirish va yangi
tadqiqot yo‘nalishlarini muhokama qilishdan iborat
[3]
.
“Termodinamika” bo‘limi muammolarini hal qilish quyidagi usullarni
o‘zlashtirishga imkon beradi:
✓
turli xil termodinamik jarayonlarda gazlar va ularning aralashmalari
parametrlari va energiya qismlarini aniqlash;
Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Special Issue
–
01 (2024) / ISSN 2181-1415
192
✓
issiqlik dvigatellarining (porshenli va gaz turbinali dvigatellar, bug
‘
va sovitish
moslamalari, konditsionerlar va h.k.) termodinamik sikllarini hisoblash;
✓
turli parametrlarning energiyaga ta’sirini baholash va sikllarning iqtisodiy
ko‘rsatkichlari va ularning maqbul kombinatsiyasini aniqlash;
✓
bir xil sharoitlar uchun termodinamik sikllarni taqqoslash.
“Issiqlik almashinuvi” bo‘limi muammolarni hal qilishda esa quyidagilarni
o‘zlashtirishga imkon beradi:
✓
Issiqlik o‘tkazuvchanlik, konveksiya, issiqlik
nurlanishi, shuningdek issiqlik
uzatish jarayonlarida issiqlik o‘tkazilishini hisoblash usullarini o‘zlashtirish;
✓
isitiladigan binolardan, turli xil texnologik jarayonlarda issiq issiqlik
tashuvchilarni (suyuqlik, bug
‘
va gazlar) tashish paytida issiqlik yo‘qotishlarini
kamaytirish usullarini aniqlash;
✓
issiqlik almashinuv jarayonida va isitish tizimlarida issiqlik uzatishni
kuchaytirish (yoki pasaytirish) usullari va vositalarini topish;
✓
ob’yektlarni issiqlik ta’siridan himoya qilish usullari va vositalarini tahlil qilish.
Termodinamika bo‘yicha o‘quv dasturlariga oid ta’lim tadqiqotlarining eng ko‘zga
ko‘ringan turi bu o‘quvchilarning yutuqlarini o‘lchashdir. Tadqiqot sohasi sifatida ushbu
tadqiqot hajmi talabalarning tushunchalarini yoki termodinamikaning muqobil
tushunchalarini aniqlash uchun ishlatiladigan miqdoriy va sifat usullari bilan tavsiflanadi.
Ushbu sharhda talabalarning an’anaviy ilmiy tushuntirishlar yoki tavsiflarga mos
kelmaydigan tushunchalarini taqdim etish uchun ataylab “muqobil tushunchalar”
atamasidan foydalanishga qaror qildik. “Noto‘g‘ri tushunchalar” atamasi, noto‘g‘
ri
tushunchani to‘g‘
ri tushunchaga almashtirishning pedagogik yondashuvlari bilan bog
‘
liq
bo‘lib, bu talabalar qanday o‘rganishi haqidagi hozirgi tushunchamizga mos kelmaydi (Smit,
Disessa va Rochelle, 1993; Bransford va boshq., 2000; Muskevich va Lineback, 2013).
Odatda talabalarning fizik kimyo fanining termodinamika qismi bo‘yicha
muvaffaqiyatini bashorat qiluvchi sifatida o‘rganiladigan omillar 1
-jadvalda keltirib
o‘tilgan. Hahn va Policy o‘quvchilarning fizik kimyo bo‘yicha yutuqlarini ko‘p jihatdan
o‘lchadi va sabablar sifatida belgiladi
[2]
. G. Nicoll va J.S. Francisco tadqiqotchi yoki
professor-
o‘qituvchi tomonidan ishlab chiqilgan yozma so‘rovnoma bilan o‘lchanadigan
matematik qobiliyat muhim omil ekanligini aniqladilar, ammo matematik
qobiliyatlarning o‘zi oraliq yoki yakuniy imtihonlarda muvaffaqiyatning eng yaxshi
ko‘rsatkichi emas edi
.
Ehtimol, talabalar muvaffaqiyatining eng yaxshi ko‘rsatkichi
ularning mantiqiy fikrlash qobiliyatlari bo‘lib, ularning natijalari konseptual diagnostika
vositasi yordamida o‘lchanadi
[3]
. M.E. Derrick va F.W. Derrick lar muvaffaqiyatning
to‘rtta asosiy bashoratchisini aniqladilar. Birinchidan, ular talabalarning fizik kimyodagi
yutuqlari va ikkinchi semestrdagi matematik tahlil kursi bo‘yicha yakuniy bahosi
o‘rtasida kuchli bog‘liqlikni aniqladilar. Ajablanarlisi shundaki, tegishli kurslari bo‘yicha
talabalarning yakuniy baholari fizik kimyo bo‘yicha talabalarning yutuqlari bilan sezilarli
darajada bog
‘
liq emas edi
[1]
. Talabalarning muvaffaqiyatiga ta’sir qiluvchi omillarga oid
adabiyotlar shuni ko‘rsatadiki, matematik qobiliyat, munosabat, mantiqiy fikrlash,
muammolarni hal qilish qobiliyatlari, bularning barchasi talabalar muvaffaqiyati uchun
muhimdir. Ko‘pincha talabalar kurslarga salbiy hislar va shaxsiy muvaffaqiyatning past
umidlari bilan kiradi. Ushbu tushunchalar har doim ham o‘qituvchining fizik kimyo o‘quv
dasturi haqidagi tasavvurlariga mos kelmasligi mumkin
[5]
. Bunday munosabat ta’lim
tadqiqotchilarini fizik kimyo kontekstida termodinamikani o‘rganayotgan barcha
Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Special Issue
–
01 (2024) / ISSN 2181-1415
193
talabalar uchun ijobiy va samarali o‘rganish tajriba yo‘llarini izlashga undashi kerak,
chunki talabalarning munosabati va idroklari ularning akademik ko‘rsatkichlariga ta’sir
qilishi ko‘rsatilgan.
Yuqoridagi o‘rganishlar asosida (har birida 25 ta talaba) guruhlarda masalalarning
quyida keltirilgan, an’anaviy, grafik va mantiqiy fikrlash turlari bo‘yicha mashg‘
ulotlar
olib borildi. Olib borilgan o‘rganishlarning natijasi (3
-
rasm) diagrammada ko‘rsatilgan.
1-shart.
Payvandlash uchun ishlatiladigan gaz aralashmasining hajmiy ulushlari
70 % Ar+5 % O
2
+25 % CO
2
moddalardan iborat. Aralashma bosimi p = 5MPa va harorati t
= 20ºC da bo‘lsa, gaz aralashmasi uchun
quyidagi kattaliklar aniqlangan.
1. aralashma komponentlarining molekulyar massasini; 2. aralashmaning
molekulyar massasini; 3. aralashma komponentlarining gaz doimiysini; 4. aralashmaning
gaz doimiysini; 5. aralashma komponentlarining massaviy ulushlarini; 6. aralashma
komponentlarining massasini; 7. aralashmaning massasini; 8. o‘zgarmas hajm (V=const)
va o‘zgarmas bosimda (P=const) aralashma komponentlarining issiqlik sig’imlari;
9. o‘zgarmas hajm (V=const) va o‘zgarmas bosimda (P=const) aralashma issiqlik
sig’imlari; 10. aralashmaning absolyut harorati; 11. aralashmaning hajmi;
12. aralashmaning zichligi; 13. aralashma komponentlarining porsial bosimlari.
2-shart.
Uch qatlamli yassi devorning qatlamlar orasidagi haroratni quyida
berilgan grafik (1-rasm) asosida aniqlang?
3-shart.
Texnologik maqsadlar uchun P
1
bosimda sekundiga G kg havoni
razervuarga haydash kerak bo‘ladi. Ushbu holatda ideal ko‘p bosqichli porshenli
kompressorni (2-
rasm) hisoblash yo‘llari va formulalarini yozing?
1-rasm.
Yassi devor issiqlik o‘tkazuvchanlik diagrammasi
Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Special Issue
–
01 (2024) / ISSN 2181-1415
194
2-
rasm. Ko‘p bosqichli kompressor parametrlarini aniqlash sxemasi
kompressor
Ko‘p bosqichli
kompressorning
umumiy siqish
darajasi
Ikki bosqichli
kompressor
uchun siqish
darajasi
Birinchi
bosqichning
kirishdagi mutlaq
havo harorati
Birinchi
bosqichda
siqilganidan
keyin havo bosimi
?
*
kompressor birinchi
bosqichida harorat
ko'tarilishining
qiymati
Uch bosqichli
kompressor
uchun siqish
darajasi
?
**
Kompressor birinchi
bosqichida harorat
ko'tarilishining
qiymati
Havoning oraliq
sovutish harorati
Ikkinchi
bosqichda
siqilganidan
keyin havo bosimi
Uchinchi
bosqichda
siqilganidan
keyin havo
bosimini
Ikkinchi va uchinchi
bosqichda
siqilganidan keyin
havo harorati
Ikkinchi va uchinchi
bosqichda harorat
ko'tarilishining
qiymati
?
***
Politropik siqish
paytida birinchi
bosqichda havodan
chiqarilgan issiqlik
miqdori
Oraliq sovutishda
(izobarik jarayon)
havodan chiqarilgan
issiqlik miqdori
Kompressor
chiqishidagi
havoning
solishtirma hajmi
Kompressorning
hajmiy ishi
Havoni uch
bosqichli siqish
jarayonidada
kompressorning
effektiv quvvati
Kompressor havo
siqish siklining
ishchi
diagrammasi
-----
****
Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Special Issue
–
01 (2024) / ISSN 2181-1415
195
3-
rasm. Talabalar fikrlash qobiliyati va idroklarini o‘rganish diagrammasi
Adabiyotlar shuni ko‘rsatadiki, termodinamika bilan bog‘
liq, kimyo, fizika,
muhandislik ishi va matematika, fanlarda olib borilgan tadqiqotlar bakalavriat o‘quv
dasturida o‘rganish uchun rag‘
batlantiruvchi sohadir. Ushbu tadqiqotni oldinga siljitish
va natijalarni auditoriyada samarali amaliyotga aylantirish uchun bir qator tavsiyalarni
ko
‘
rib chiqish lozim.
O
‘
quv amaliyotiga tarjima qilinishi va kelajakdagi tadqiqotlarda rivojlanish uchun
ishlatilishi muhim bo
‘
lgan natijalarni nashr etish, muqobil tushunchalarni tashxislash
uchun ishlab chiqilgan asosli va ishonchli baholash vositalari zarur.
30 yildan ko‘proq vaqt oldin Smit va boshq. (1993) “noto‘g‘
ri tushunchalarni
aniqlashdan tashqariga chiqish vaqti keldi” deb yozgan edi. Noto‘g‘
ri tushunchalarni
aniqlashni davom ettirish o‘quvchilarning o‘quv jarayoni haqidagi tushunchamizni
oshirmaydi va amaliyotchilarga bilimlarni yanada murakkab va ekspert tushunchasiga
oshirishga imkon beradigan auditoriyada ishlashning yanada samarali usullarini ishlab
chiqishda yordam bermaydi
[4]
. Ko‘pgina muqobil tushunchalar o‘quvchilarga bilimlarni
shakllantirish uchun oqilona “ildizlar” berish orqali ular to‘g‘ri ishlashi mumkin bo‘lgan
sharoitlarga ega. Amaliyotchilarning vazifasi talabalarga turli xil kontekstlarda to‘g‘
ri
ishlaydigan yanada murakkab tuzilmalarda o‘z bilimlarini muhokama qilish, o‘ylash va
takomillashtirishga yordam berishdir.
Bakalavriat yoki oliy o‘quv yurtlarida termodinamikani o‘qitish va o‘rganish bilan
bog
‘
liq ilmiy adabiyotlarda asosan, ushbu adabiyotlarning barchasini tahlil qilish asosida
biz kelajakdagi tadqiqotlar uchun tavsiyalar va ularning ushbu mavzuni o‘rgatadigan
amaliyotchilar uchun ahamiyatini umumlashtirib, shuni qayd etish lozimki avvalo,
70
60
45
35
15
35
25
35
30
0
10
20
30
40
50
60
70
80
An'aviy usul
Grafik usul
Mantiqiy-fikrlash usuli
A'lo
Yaxshi
O'rta
Жамият
ва
инновациялар
–
Общество
и
инновации
–
Society and innovations
Special Issue
–
01 (2024) / ISSN 2181-1415
196
matematiklar, fiziklar va muhandislar bilan barcha fanlar bo‘yicha hamkorlik qilish zarur.
Shundagina ularning fikrlashlari va idrok etish qobiliyatlari termodinamikaning
murakkab mavzularini tushunishga yordam berishga intiladi.
FOYDALANILGAN ADABIYOTLAR RO‘YXATI:
1. Derrick M. E. and Derrick F. W., (2002), Predictors of success in physical
chemistry, J. Chem. Educ., 79(8), 1013
–
1016.
2.
Hahn K. E. and Polik W. F., (2004), Factors influencing success in physical
chemistry, J. Chem. Educ., 81(4), 567
–
572.
3. Nicoll G. and Francisco J. S., (2001), An investigation of the factors influencing
student performance in physical chemistry, J. Chem. Educ., 78(1), 99
–
102.
4. Kinsey Bain, Alena Moon, Michael R. Mack and Marcy H. Towns, (2014) A review
of research on the teaching and learning of thermodynamics at the university level.
www.rsc.org/cerp.
5.
So¨zbilir M., Pinarbasi T. and Canpolat
N., (2010), Prospective chemistry
teachers’ conceptions of chemical thermodynamics and kinetics, Eur. J. Math. Sci. Technol.
Educ., 6(2), 111
–
120.
