無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運(yùn)用

張國(guó)英 董超

摘 要：無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中運(yùn)用熵理論，可以有效提高化學(xué)課堂教學(xué)效率?；瘜W(xué)教師在運(yùn)用熵理論時(shí)，教學(xué)方法較多，教師可以根據(jù)自身情況運(yùn)用更為合適的方法，可以采用理論教學(xué)、實(shí)踐教學(xué)等?；诖?，本文中筆者結(jié)合實(shí)際教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，分析熵理論在無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用，有效提高教學(xué)效率，促進(jìn)教學(xué)水平的提高。

關(guān)鍵詞：熵理論；無(wú)機(jī)化學(xué)；教學(xué)

引言

無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運(yùn)用，可以在提高課堂教學(xué)效率的基礎(chǔ)上，降低教師工作強(qiáng)度。但熵理論教學(xué)中對(duì)教師有著較高的要求，因此教師需要在實(shí)際中切實(shí)把握熵理論多變及非平衡特點(diǎn)，促進(jìn)教師教學(xué)水平的提高，找出實(shí)際教學(xué)中需要注意的問(wèn)題。

1.分析熵理論的相關(guān)概念

熵是化學(xué)熱力學(xué)的一個(gè)概念，其主要描述系統(tǒng)的混亂程度。熱力學(xué)第二定律中關(guān)于熵的定義如下：隔離系統(tǒng)的熵不會(huì)減少。隨著科研人員關(guān)于熵的深入研究，熵不再僅僅局限于熱力學(xué)領(lǐng)域，也被運(yùn)用到了自然科學(xué)領(lǐng)域，甚至被運(yùn)用到社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域。也有科學(xué)家說(shuō)“熵是科學(xué)的第一法則”。Prigogine曾在熱力學(xué)研究中提出耗散結(jié)構(gòu)理論，其表示遠(yuǎn)離平衡態(tài)的系統(tǒng)不能用熱力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，因此引入了“負(fù)熵”的概念。其將敞開(kāi)系統(tǒng)熵變分為兩個(gè)部分，且有以下等式：dS=diS+deS。diS是系統(tǒng)內(nèi)部不可逆反應(yīng)對(duì)于熵變的貢獻(xiàn)，數(shù)值不小于零；deS是系統(tǒng)和外界熱交換過(guò)程的熵變，又叫熵流。數(shù)值不固定。外界對(duì)系統(tǒng)注入負(fù)熵流，而且deS又特別小的條件下，系統(tǒng)的總體熵值就呈現(xiàn)減小的情況，系統(tǒng)達(dá)到相對(duì)穩(wěn)定狀態(tài)。

2.無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運(yùn)用

2.1化學(xué)課堂中熵理論的運(yùn)用

在化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，課堂是主陣地，抓好課堂教學(xué)對(duì)于提高學(xué)生學(xué)習(xí)質(zhì)量至關(guān)重要。而傳統(tǒng)的課堂氛圍較為沉悶，學(xué)生的學(xué)習(xí)也較為被動(dòng)。在這樣的情況下，課堂的內(nèi)熵值會(huì)有所增加，不僅浪費(fèi)了教師的時(shí)間和精力，對(duì)于學(xué)生的學(xué)習(xí)也沒(méi)有太多的幫助。耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，有序源于最初的非平衡狀態(tài)，要想提高教學(xué)效率，就應(yīng)該調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其由被動(dòng)變?yōu)橹鲃?dòng)。因此，教師應(yīng)精心設(shè)計(jì)教學(xué)情景，喚起學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，使認(rèn)知有所改變，進(jìn)而積極思考。在初始階段是一個(gè)熵增過(guò)程，隨著教師的引導(dǎo)，學(xué)生的思考逐漸變得有條理，最終由無(wú)序轉(zhuǎn)化為有序狀態(tài)。

如在講解離子化合物的過(guò)程中，學(xué)生需要通過(guò)離子鍵比較NaF、NaCl兩種離子化合的熔點(diǎn)。離子鍵的本質(zhì)是靜電吸引，與核間距平方成反比，Cl-的半徑大于F-，即NaCl的半徑大于NaF，后者的熔點(diǎn)則大于前者。緊接著，教師還可以問(wèn)學(xué)生，Cu+的半徑比Na+的半徑要大，那CuCl和NaCl熔點(diǎn)哪個(gè)更高呢？通過(guò)這樣的對(duì)比，會(huì)與學(xué)生原有的認(rèn)知產(chǎn)生矛盾，學(xué)生可能會(huì)認(rèn)為前者熔點(diǎn)更高（事實(shí)并非如此）。這種矛盾會(huì)促使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。教師通過(guò)在教學(xué)中給學(xué)生制造認(rèn)知差異，使學(xué)生的認(rèn)知偏離平衡狀態(tài)，以前的認(rèn)知得到補(bǔ)充，并呈螺旋式上升，最終達(dá)到新的高度。在無(wú)機(jī)課堂上的有序，并不是指混亂度的大小，更重要的是學(xué)生要改變以往的學(xué)習(xí)態(tài)度。教師在傳授知識(shí)的過(guò)程中，應(yīng)盡量引起學(xué)生情感上的共鳴。課堂的混亂度雖然有所增加，同時(shí)也伴隨著生機(jī)和活力。在有序中包含著無(wú)序，無(wú)序中同樣蘊(yùn)含有序，從而達(dá)到和諧狀態(tài)?？傊?，教師應(yīng)盡量增加負(fù)熵流，減少熵增，從而提升課堂教學(xué)效率。

2.2熵理論在課程教學(xué)中的運(yùn)用

理想條件下的無(wú)機(jī)及分析化學(xué)課堂教學(xué)應(yīng)該是教師有著開(kāi)放包容的思想，學(xué)生能夠自由地進(jìn)行學(xué)習(xí)，要想在真正的教學(xué)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)以上條件，可以從以下三個(gè)方向入手：首先，學(xué)校管理者應(yīng)該多鼓勵(lì)教師參加課程教研活動(dòng)，不同個(gè)性風(fēng)格的教師之間互相交流教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，反思自身教學(xué)問(wèn)題，在不斷改進(jìn)中成長(zhǎng)；其次，教師還可以在業(yè)余時(shí)間搜集和無(wú)機(jī)化學(xué)相關(guān)的資料，進(jìn)行自我學(xué)習(xí)。通過(guò)在教學(xué)中合理運(yùn)用化學(xué)信息資料，教師增加了教學(xué)內(nèi)容，拓展了課堂深度，增加了熵的輸入，課堂秩序也得到了有效保證；通過(guò)和不同風(fēng)格的教師的交流，無(wú)機(jī)及分析化學(xué)教師可以將不同的授課風(fēng)格融入到課堂當(dāng)中，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。開(kāi)放性的課堂可以借助于多媒體實(shí)現(xiàn)，將多媒體運(yùn)用于化學(xué)課堂當(dāng)中，增加了課堂的負(fù)熵，用動(dòng)畫(huà)的方式向?qū)W生們展示無(wú)機(jī)及分析化學(xué)的原理與公式等，學(xué)生對(duì)于文字和圖片的記憶會(huì)更加深刻，學(xué)習(xí)興趣也會(huì)有所增加。例如：在講解物質(zhì)結(jié)構(gòu)這一節(jié)內(nèi)容時(shí)，電子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、晶體結(jié)構(gòu)、原子結(jié)構(gòu)等微觀粒子并不能被學(xué)生很好的理解，通過(guò)運(yùn)用動(dòng)畫(huà)的形式，學(xué)生的想象力會(huì)得到發(fā)掘，對(duì)化學(xué)知識(shí)中的微觀世界也必定會(huì)印象深刻。從拉瓦錫時(shí)代起，化學(xué)的發(fā)展就一直是建立在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)的化學(xué)理論和思想方法也大都能通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到證實(shí)。通過(guò)向?qū)W生們開(kāi)放化學(xué)實(shí)驗(yàn)室，能調(diào)動(dòng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的動(dòng)手能力也會(huì)有所增強(qiáng)，對(duì)于基礎(chǔ)化學(xué)的原理和實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程也會(huì)更加熟悉。這種探索式、實(shí)踐式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)有助于學(xué)生對(duì)于化學(xué)知識(shí)的認(rèn)知改變，也有助于教師教學(xué)壓力的減輕。

2.3熵理論在課堂學(xué)習(xí)中的運(yùn)用

在心理學(xué)中，大腦又被稱(chēng)為“認(rèn)知系統(tǒng)”，在個(gè)人成長(zhǎng)和學(xué)習(xí)過(guò)程中，認(rèn)知系統(tǒng)不僅接收外界的信息，同時(shí)還會(huì)對(duì)信息進(jìn)行反饋，最終進(jìn)行調(diào)整。從耗散結(jié)構(gòu)理論看，接收信息的過(guò)程為負(fù)熵流增加的過(guò)程，而總熵值會(huì)逐漸減小。因此，在無(wú)機(jī)及分析化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，教師要盡量為學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)輸入多變而又新穎的信息，刺激學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)，使學(xué)生的認(rèn)知系統(tǒng)逐步發(fā)生改變，使系統(tǒng)達(dá)到更高級(jí)、多層次的有序結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到一種較高的平衡狀態(tài)，使學(xué)生的智力有所提升。

結(jié)語(yǔ)：

綜上所述，將熵理論運(yùn)用到化學(xué)的教學(xué)當(dāng)中，能在一定程度上提高教師的教學(xué)水平。此外，通過(guò)在學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程中，輸入新穎而又多樣的信息，能保證學(xué)生的知識(shí)更新速度大于遺忘速度，即負(fù)熵流始終大于內(nèi)熵增，最終帶來(lái)學(xué)生學(xué)習(xí)上的改變。

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