熵理論指導下的化學開放性教學模式探究

1、熵理論指導下的化學開放性教學模式探究熵理論指導下的化學開放性教學模式探究?戴南陽1胡志剛2((?（1福建省南安第一中學福建泉州362300；2.福建師大化學化工學院福建福州350007）摘要摘要熵定律這一自然界的重要定律也被認為是“一種新的世界觀”。熵是一個不斷被深化與泛化的概念。教學過程也是不斷從低級有序向高級有序轉(zhuǎn)化的過程，即是從“高熵”走向“低熵”。用熵理論指導下開放性教學模式，以“化學能轉(zhuǎn)化為電能”為例進行課堂教學，從低級有序狀

2、態(tài)到非平衡態(tài)，輸入新的教學手段、教學方式——漲落，通過非線性作用達到新的高級有序階段。為學生的學習創(chuàng)造了一個廣闊的思維空間和全方位、多層次、多渠道的學習環(huán)境。關鍵詞關鍵詞熵理論化學教學開放性教學模式原電池DOI:10.13884j.10033807hxjy.2016020009熵被愛因斯坦譽為整個科學的首要定律，被認為是“一種新的世界觀”。隨著對這一概念研究的深入，熵的概念不再局限于物理學的范疇，而是滲透到經(jīng)濟，農(nóng)業(yè)，能源等許多領域，有

3、力地推動了其他學科的發(fā)展。本文試圖將熵定律運用到中學化學教學中，重新優(yōu)化化學課堂教學結(jié)構(gòu)，進行開放性教學，以期提高課堂教學效率。1問題的提出問題的提出當前課堂教學效率低下的一個重要原因是將課堂看作一個封閉的系統(tǒng)，教學僅是知識的傳遞，教師把學生變成了“容器”，變成了可以任由教師灌輸?shù)摹按鎯ζ鳌?。在這樣的教學活動中學生喪失了主體性，成了信息的被動受體，信息的流動是單向的、靜態(tài)的，學生的頭腦長期處于一種“休眠”狀態(tài)，課堂教學系統(tǒng)幾乎是思維靜止

4、的近平衡態(tài)。教師與學生之間這種近似線性的關系，必然會阻礙信息和能量的交流，從而使整個課堂教學系統(tǒng)的總熵值不斷增加。熵理論運用到教學中的出發(fā)點：教育教學的系統(tǒng)本應是由多個因素構(gòu)成的復雜的開放系統(tǒng)，通過教師科學的教學組織，學生正確地運用學習方法，對學習的知識信息進行思維加工而達到有序的平衡態(tài)，即是從“高熵”走向“低熵”。熵原理指導下的課堂教學就是要提高遏制正熵、吸取負熵的能力，使學生在達到新的認識平衡的同時，增加自己的學識。熵理論運用到教學

5、中可促進教學系統(tǒng)有序演變，改變傳統(tǒng)課堂教學封閉、僵化的狀態(tài)，?2013年福建育科學“十二五”規(guī)劃重點課題（FJJKCGZ13011）??通信聯(lián)系人，Email:huzhigangjs@統(tǒng)熵開始，引入一系列新概念，把熱力學從平衡態(tài)拓展到非平衡態(tài)，進而拓展到遠離平衡態(tài)，最終提出耗散結(jié)構(gòu)理論，引起了宏觀物理學領域的革命。該理論是熵概念深化的產(chǎn)物，是一種用熱力學和統(tǒng)計物理學的方法研究耗散結(jié)構(gòu)的性質(zhì)及其形成穩(wěn)定和演變的規(guī)律的科學，其研究對象是開放

6、系統(tǒng)，主要討論的是一個系統(tǒng)從混沌向有序轉(zhuǎn)化的機理、條件和規(guī)律。耗散結(jié)構(gòu)論認為：一個遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)，靠外界不斷供應能量和物質(zhì)，當系統(tǒng)中的某個參量通過“漲落”達到一定的臨界值時，便會打破系統(tǒng)原來的平衡結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)進入一種遠離平衡的無序狀態(tài)，同時，該系統(tǒng)也便開始了更高層次的時間和空間上的物質(zhì)再組織，從而產(chǎn)生巨大的系統(tǒng)超能，最終系統(tǒng)又將自發(fā)地進入一種動態(tài)的、功能有序的新狀態(tài)。普利高津提出的耗散結(jié)構(gòu)要求不斷地“吐故納新”，即不斷地與外界發(fā)生

7、物質(zhì)和能量的交換，才能維持它的有序狀態(tài)[4]。在耗散結(jié)構(gòu)論中，熵和序是2個主要的概念。耗散結(jié)構(gòu)的形成需要3個條件：（1）系統(tǒng)必須是遠離平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)；（2）系統(tǒng)的不同元素之間存在著非線性作用；（3）漲落導致有序。熵是近年來研究特別活躍的基本概念。熵理論的發(fā)展歷程見圖1。??????￡￡???????￠￡￠￡?????￠￡￡??￡?￠￡￡￡￡￡￡￡Fig.1Developmentprocessofentropythey圖1熵理論的發(fā)展

8、歷程熵理論的發(fā)展歷程3問題探究在熵理論指導下化學開放性教學模式可概括為圖2：Fig.2Theopenchemistryteachingmodeundertheguidanceofentropythey圖2熵理論指導下化學開放性教學模式[5]幫助學生從低級有序狀態(tài)向高級有序狀態(tài)轉(zhuǎn)化，絕不能靠教師單方面的知識傳授，而應激活思維，使系統(tǒng)進入非平衡態(tài)。學生在學習過程中，當大腦處于全方位的開放狀態(tài)時，就可以在不斷吸收新知識的同時，鞏固運用原有的知