無機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運用

1、    無機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運用    張國英 董超摘 要：無機(jī)化學(xué)教學(xué)中運用熵理論，可以有效提高化學(xué)課堂教學(xué)效率?；瘜W(xué)教師在運用熵理論時，教學(xué)方法較多，教師可以根據(jù)自身情況運用更為合適的方法，可以采用理論教學(xué)、實踐教學(xué)等?；诖?，本文中筆者結(jié)合實際教學(xué)經(jīng)驗，分析熵理論在無機(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；無機(jī)化學(xué)；教學(xué)引言無機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運用，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)中對教師有著較高的要求，因此教師需要在實際中切實把握熵理論多變及非平衡特點，促進(jìn)教師教學(xué)水平的提高，找

2、出實際教學(xué)中需要注意的問題。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，也被運用到了自然科學(xué)領(lǐng)域，甚至被運用到社會科學(xué)領(lǐng)域。也有科學(xué)家說“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。其將敞開系統(tǒng)熵變分為兩個部分，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)和外界熱交換過程的熵變，又叫熵流。

3、數(shù)值不固定。外界對系統(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)到相對穩(wěn)定狀態(tài)。2.無機(jī)化學(xué)教學(xué)中熵理論的運用2.1化學(xué)課堂中熵理論的運用在化學(xué)的教學(xué)過程中，課堂是主陣地，抓好課堂教學(xué)對于提高學(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。在這樣的情況下，課堂的內(nèi)熵值會有所增加，不僅浪費了教師的時間和精力，對于學(xué)生的學(xué)習(xí)也沒有太多的幫助。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)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使其由被動變?yōu)橹鲃?。因此，教師?yīng)精心設(shè)計教學(xué)情景，喚起學(xué)生的問題意識，使認(rèn)知有所改變，進(jìn)而積極思考。在初始階段是一

4、個熵增過程，隨著教師的引導(dǎo)，學(xué)生的思考逐漸變得有條理，最終由無序轉(zhuǎn)化為有序狀態(tài)。如在講解離子化合物的過程中，學(xué)生需要通過離子鍵比較naf、nacl兩種離子化合的熔點。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，后者的熔點則大于前者。緊接著，教師還可以問學(xué)生，cu+的半徑比na+的半徑要大，那cucl和nacl熔點哪個更高呢？通過這樣的對比，會與學(xué)生原有的認(rèn)知產(chǎn)生矛盾，學(xué)生可能會認(rèn)為前者熔點更高（事實并非如此）。這種矛盾會促使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動機(jī)。教師通過在教學(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，

5、最終達(dá)到新的高度。在無機(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。教師在傳授知識的過程中，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，同時也伴隨著生機(jī)和活力。在有序中包含著無序，無序中同樣蘊(yùn)含有序，從而達(dá)到和諧狀態(tài)?？傊處煈?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)中的運用理想條件下的無機(jī)及分析化學(xué)課堂教學(xué)應(yīng)該是教師有著開放包容的思想，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)境中實現(xiàn)以上條件，可以從以下三個方向入手：首先，學(xué)校管理者應(yīng)該多鼓勵教師參加課程教研活動，不同個性風(fēng)格的教師之間互相交流教學(xué)經(jīng)驗，反思自身教學(xué)問題，

6、在不斷改進(jìn)中成長；其次，教師還可以在業(yè)余時間搜集和無機(jī)化學(xué)相關(guān)的資料，進(jìn)行自我學(xué)習(xí)。通過在教學(xué)中合理運用化學(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；通過和不同風(fēng)格的教師的交流，無機(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)動學(xué)生的積極性，進(jìn)而實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。開放性的課堂可以借助于多媒體實現(xiàn)，將多媒體運用于化學(xué)課堂當(dāng)中，增加了課堂的負(fù)熵，用動畫的方式向?qū)W生們展示無機(jī)及分析化學(xué)的原理與公式等，學(xué)生對于文字和圖片的記憶會更加深刻，學(xué)習(xí)興趣也會有所增加。例如：在講解物質(zhì)結(jié)構(gòu)這一節(jié)內(nèi)容時，電子的運動狀態(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

7、的理解，通過運用動畫的形式，學(xué)生的想象力會得到發(fā)掘，對化學(xué)知識中的微觀世界也必定會印象深刻。從拉瓦錫時代起，化學(xué)的發(fā)展就一直是建立在實驗的基礎(chǔ)上，基礎(chǔ)的化學(xué)理論和思想方法也大都能通過實驗得到證實。通過向?qū)W生們開放化學(xué)實驗室，能調(diào)動學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生的動手能力也會有所增強(qiáng)，對于基礎(chǔ)化學(xué)的原理和實驗操作過程也會更加熟悉。這種探索式、實踐式的學(xué)習(xí)體驗有助于學(xué)生對于化學(xué)知識的認(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)中的運用在心理學(xué)中，大腦又被稱為“認(rèn)知系統(tǒng)”，在個人成長和學(xué)習(xí)過程中，認(rèn)知系統(tǒng)不僅接收外界的信息，同時還會對信息進(jìn)行反饋，最終進(jìn)行調(diào)整。從耗散結(jié)構(gòu)理論看，接收信息的過程為負(fù)熵流增加的過程，而總熵值會逐漸減小。因此，在無機(jī)及分析化學(xué)教學(xué)過程中，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、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：綜上所述，將熵理論運用到化學(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，通過在學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，輸入新穎而又多樣的信息，能保證學(xué)生的知識更新速度大于遺忘速度，即負(fù)熵流始終大于內(nèi)熵增，最終帶來學(xué)生學(xué)習(xí)上的改變。參考文獻(xiàn)：1苑娟；萬焱；褚意新.熵理論及其應(yīng)用j.