识别学生在熵、热机与卡诺循环上的困难
物理教育
2015-10-28 v1
摘要
我们报告了在高年级本科生热物理课程中，关于热机背景下热力学第二定律的若干具体学生困难。数据来自未评分的书面调查、已评分的家庭作业以及辅导活动的录像课堂观察。书面数据显示，这些课程中的学生在讲座教学后不能清晰阐述卡诺循环与热力学第二定律之间的联系。这一结果在学生群体内部和跨学生群体均一致。观察数据提供了与熵和热机相关的无数困难的证据，包括学生在推理物理上不可能的情况时的挣扎，以及未能区分系统状态属性的微分变化和净变化。本文结果可视为先前记录的困难在热机背景下的应用，但其他结果是新颖的，并强调了循环过程与热机的微妙和复杂本质，它们是热力学及其教学与学习的核心。此外，这些困难的复杂性表明了高年级学生所需的更高级思维，其发展中的知识与理解产生了新手无法触及的问题与挣扎。
引用
@article{arxiv.1508.04104,
title = {Identifying Student Difficulties with Entropy, Heat Engines, and the Carnot Cycle},
author = {Trevor I. Smith and Warren M. Christensen and Donald B. Mountcastle and John R. Thompson},
journal= {arXiv preprint arXiv:1508.04104},
year = {2015}
}