非平衡態(tài)熱力學理論在物理化學的實踐（word版）

1、 精編范文 非平衡態(tài)熱力學理論在物理化學的實踐溫馨提示：本文是筆者精心整理編制而成，有很強的的實用性和參考性，下載完成后可以直接編輯，并根據自己的需求進行修改套用。非平衡態(tài)熱力學理論在物理化學的實踐 本文關鍵詞：物理化學, 熱力, 平衡, 實踐, 學理論非平衡態(tài)熱力學理論在物理化學的實踐 本文簡介：摘要：物理化學教學改革的實踐中, 在課程內容安排上增加了非平衡態(tài)熱力學的講授內容, 有針對性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設的簡化。通過這種改革嘗試, 不僅可以使學生更加深入地掌握經典熱力學的內容和普適性, 引發(fā)學生對經典熱力學無法解釋變化的思考, 解答學習過程中產生的疑惑, 還可以使學

2、生了解學非平衡態(tài)熱力學理論在物理化學的實踐 本文內容：摘要：物理化學教學改革的實踐中, 在課程內容安排上增加了非平衡態(tài)熱力學的講授內容, 有針對性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設的簡化。通過這種改革嘗試, 不僅可以使學生更加深入地掌握經典熱力學的內容和普適性, 引發(fā)學生對經典熱力學無法解釋變化的思考, 解答學習過程中產生的疑惑, 還可以使學生了解學科前沿領域的新知識, 增加知識儲備, 拓寬學術視野。關鍵詞：物理化學；非平衡態(tài)熱力學；教學改革物理化學課程是化學的理論基礎, 它使用物理的方法、原理來研究化學中最基本的規(guī)律和理論, 如化學變化的方向和限度問題, 化學反應的機理和速率問題,

3、 系統的宏觀性質與微觀狀態(tài)間的關系問題等1。這門課程理論性和邏輯性強, 許多定理和概念都建立在理想化模型和假想假設的基礎上, 學生對此難以理解和接受。在實踐教學中, 我們發(fā)現如何講解清楚這些定理和概念的提出為什么要基于理想化模型和假想假設的原因十_大量的非平衡態(tài)的體系。經典熱力學研究的是宏觀物系的共性, 其地位和作用是毋庸置疑和極為重要的。因此, 我們應該在講解清楚經典熱力學理論的基礎上, 尤其是關于經典熱力學如何解決能量轉換的問題以及判斷化學變化方向和限度的方法之后, 再來簡介一些非平衡態(tài)熱力學的基本概念和原理。這部分內容的引入, 不僅可以使學生更加深入地掌握經典熱力學的內容, 解答學習過程

4、中產生的疑惑, 還可以拓寬學生的基礎知識和學術眼界, 有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才。（一）非平衡態(tài)熱力學1969年, 伊里亞普里戈金提出了基于遠離平衡態(tài)的開放系統的耗散結構理論。他指出, 一個遠離平衡態(tài)的開放系統通過不斷地與外界進行物質和能量交換, 在外界條件變化達到一定閾值時, 可以通過內部的作用產生自組織現象, 使系統從原來的無序狀態(tài)自發(fā)地轉變?yōu)闀r空上和功能上的宏觀有序狀態(tài), 形成新的、穩(wěn)定的有序結構。這種非平衡態(tài)下的新的有序結構就是耗散結構。它以開放系統為研究對象, 著重闡明開放系統如何從無序走向有序的過程。在此理論的基礎上, 逐漸形成了非平衡態(tài)熱力學。由于對非平衡熱力學, 尤其是建立耗散結構理論

5、方面的貢獻, 普里戈金榮獲了1977年諾貝爾化學獎。（二）課堂教學在課堂教學過程中, 我們簡介了非平衡熱力學的理論。非平衡熱力學分為線性非平衡熱力學和非線性非平衡熱力學, 用于解決在非平衡態(tài)敞開體系中如何判斷變化的方向和限度。著重強調在非平衡態(tài)的敞開體系中, 變化是趨于有序的, 變化的終點不是熱力學的平衡態(tài), 而是有序的穩(wěn)定態(tài), 這種穩(wěn)定的結構就是耗散結構。而建立在孤立體系基礎上的經典熱力學認為變化總是自發(fā)地趨于平衡, 趨于無序的6。這兩者之間的不同需要進一步向學生說明, 這不是哪種理論孰對孰錯的抉擇, 而是不同研究模型, 不同適用對象間的差異, 也是科學不斷前進, 直面挑戰(zhàn), 解決問題的實例

6、。經典熱力學有意無意地將時間和空間的概念排除在外, 在不考慮時間和空間的情況下, 研究平衡態(tài)下的孤立體系。這種簡化是神來之筆, 使經典熱力學具有廣泛的適用性, 它的成功是巨大和不容忽視的。但是, 在涉及時間和空間的情況下, 這種簡化又是不可接受的。非平衡熱力學包含時空的概念, 是對經典熱力學的完善和補充。除此之外, 要格外注意的是, 非平衡熱力學的理論涉及諸多繁瑣的數學推導, 在實踐教學過程中發(fā)現, 學生很難理解和掌握這些數學推導, 并且這些推導過程對于現階段只是想對這一理論簡單了解的學生并無更多益處。我們的重點是介紹非平衡熱力學的基本概念和原理, 以及與經典熱力學的區(qū)別和聯系, 讓學生更好地

7、掌握理解經典熱力學, 同時了解學科前沿領域的新知識, 增加知識儲備, 拓寬學術視野。（三）實踐效果針對在課堂教學中增加非平衡熱力學理論的講解是否提高了教學效果, 我們在所在班級開展了問卷調查。問卷調查的題目是：非平衡熱力學理論的講授能否加深了你對熱力學理論的基本認識？非平衡熱力學理論是否是對經典熱力學理論的補充和完善？針對性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設的簡化, 是否有助于你更好地理解定理和理論？問卷調查結果是：教學班有三個班級組成, 共104人, 實際參加問卷調查的學生人數是92, 95%的學生認為非平衡熱力學理論的講授能夠加深了他對熱力學理論的基本認識, 98%的學生認為非平

8、衡熱力學理論是對經典熱力學理論的補充和完善, 97%的學生認為有針對性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設的簡化, 有助于你更好地理解定理和理論。我們又統計了該專業(yè)20_級, 20_級學生在物理化學上冊教學期間的期中考試成績（此次考試的考試范圍只包括熱力學）, 20_級學生未參加此次教改, 20_級學生參加此次教改。期中考試統計如下表1所示, 結果發(fā)現, 在參加教改班級的考試成績中, 80分以上的學生人數占比為40.8%, 明顯高于未參加教改班級的32.6%, 說明通過此次教學實踐提高了學生對于熱力學理論的學習效果。然而, 不及格學生人數占比沒有明顯減少, 這客觀地反映了學習熱力學理論

9、的難度, 也是今后繼續(xù)改革優(yōu)化教學實踐環(huán)節(jié)的重要方向。二結語在此次教學改革活動中, 我們增加了非平衡熱力學理論的講授內容, 有針對性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設的簡化。實踐表明, 通過這種改革嘗試, 不僅可以使學生更加深入地掌握經典熱力學的內容和普適性, 引發(fā)學生對經典熱力學無法解釋變化的思考, 解答學習過程中產生的疑惑, 還可以使學生了解學科前沿領域的新知識, 增加知識儲備, 拓寬學術視野。參考文獻1朱志昂.物理化學課程教學內容和教學方法的改革J.大學化學,20_,27(5):9-13.2韓德剛,高執(zhí)棣,等.物理化學M.北京:高等教育出版社,2001.3范康年.物理化學M.北京:高等教育出版社,2005.4傅獻彩,沈文霞,等.物理化學M.北京:高等教育出版社,2006.5劉俊吉,周亞平,等.物理化學M.北京:高等教育出版社,2009.6彭笑剛.物理化學講義M.北京:高等教育