无机化学教学中熵理论的运用

张国英 董超

摘 要：无机化学教学中运用熵理论，可以有效提高化学课堂教学效率。化学教师在运用熵理论时，教学方法较多，教师可以根据自身情况运用更为合适的方法，可以采用理论教学、实践教学等。基于此，本文中笔者结合实际教学经验，分析熵理论在无机化学教学中的应用，有效提高教学效率，促进教学水平的提高。

关键词：熵理论；无机化学；教学

引言

无机化学教学中熵理论的运用，可以在提高课堂教学效率的基础上，降低教师工作强度。但熵理论教学中对教师有着较高的要求，因此教师需要在实际中切实把握熵理论多变及非平衡特点，促进教师教学水平的提高，找出实际教学中需要注意的问题。

1.分析熵理论的相关概念

熵是化学热力学的一个概念，其主要描述系统的混乱程度。热力学第二定律中关于熵的定义如下：隔离系统的熵不会减少。随着科研人员关于熵的深入研究，熵不再仅仅局限于热力学领域，也被运用到了自然科学领域，甚至被运用到社会科学领域。也有科学家说“熵是科学的第一法则”。Prigogine曾在热力学研究中提出耗散结构理论，其表示远离平衡态的系统不能用热力学系统进行研究，因此引入了“负熵”的概念。其将敞开系统熵变分为两个部分，且有以下等式：dS=diS+deS。diS是系统内部不可逆反应对于熵变的贡献，数值不小于零；deS是系统和外界热交换过程的熵变，又叫熵流。数值不固定。外界对系统注入负熵流，而且deS又特别小的条件下，系统的总体熵值就呈现减小的情况，系统达到相对稳定状态。

2.无机化学教学中熵理论的运用

2.1化学课堂中熵理论的运用

在化学的教学过程中，课堂是主阵地，抓好课堂教学对于提高学生学习质量至关重要。而传统的课堂氛围较为沉闷，学生的学习也较为被动。在这样的情况下，课堂的内熵值会有所增加，不仅浪费了教师的时间和精力，对于学生的学习也没有太多的帮助。耗散结构理论认为，有序源于最初的非平衡状态，要想提高教学效率，就应该调动学生的学习兴趣，使其由被动变为主动。因此，教师应精心设计教学情景，唤起学生的问题意识，使认知有所改变，进而积极思考。在初始阶段是一个熵增过程，随着教师的引导，学生的思考逐渐变得有条理，最终由无序转化为有序状态。

如在讲解离子化合物的过程中，学生需要通过离子键比较NaF、NaCl两种离子化合的熔点。离子键的本质是静电吸引，与核间距平方成反比，Cl-的半径大于F-，即NaCl的半径大于NaF，后者的熔点则大于前者。紧接着，教师还可以问学生，Cu+的半径比Na+的半径要大，那CuCl和NaCl熔点哪个更高呢？通过这样的对比，会与学生原有的认知产生矛盾，学生可能会认为前者熔点更高（事实并非如此）。这种矛盾会促使学生产生强烈的学习动机。教师通过在教学中给学生制造认知差异，使学生的认知偏离平衡状态，以前的认知得到补充，并呈螺旋式上升，最终达到新的高度。在无机课堂上的有序，并不是指混乱度的大小，更重要的是学生要改变以往的学习态度。教师在传授知识的过程中，应尽量引起学生情感上的共鸣。课堂的混乱度虽然有所增加，同时也伴随着生机和活力。在有序中包含着无序，无序中同样蕴含有序，从而达到和谐状态。总之，教师应尽量增加负熵流，减少熵增，从而提升课堂教学效率。

2.2熵理论在课程教学中的运用

理想条件下的无机及分析化学课堂教学应该是教师有着开放包容的思想，学生能够自由地进行学习，要想在真正的教学环境中实现以上条件，可以从以下三个方向入手：首先，学校管理者应该多鼓励教师参加课程教研活动，不同个性风格的教师之间互相交流教学经验，反思自身教学问题，在不断改进中成长；其次，教师还可以在业余时间搜集和无机化学相关的资料，进行自我学习。通过在教学中合理运用化学信息资料，教师增加了教学内容，拓展了课堂深度，增加了熵的输入，课堂秩序也得到了有效保证；通过和不同风格的教师的交流，无机及分析化学教师可以将不同的授课风格融入到课堂当中，调动学生的积极性，进而实现教学目标。开放性的课堂可以借助于多媒体实现，将多媒体运用于化学课堂当中，增加了课堂的负熵，用动画的方式向学生们展示无机及分析化学的原理与公式等，学生对于文字和图片的记忆会更加深刻，学习兴趣也会有所增加。例如：在讲解物质结构这一节内容时，电子的运动状态、晶体结构、原子结构等微观粒子并不能被学生很好的理解，通过运用动画的形式，学生的想象力会得到发掘，对化学知识中的微观世界也必定会印象深刻。从拉瓦锡时代起，化学的发展就一直是建立在实验的基础上，基础的化学理论和思想方法也大都能通过实验得到证实。通过向学生们开放化学实验室，能调动学生的化学学习兴趣，学生的动手能力也会有所增强，对于基础化学的原理和实验操作过程也会更加熟悉。这种探索式、实践式的学习体验有助于学生对于化学知识的认知改变，也有助于教师教学压力的减轻。

2.3熵理论在课堂学习中的运用

在心理学中，大脑又被称为“认知系统”，在个人成长和学习过程中，认知系统不仅接收外界的信息，同时还会对信息进行反馈，最终进行调整。从耗散结构理论看，接收信息的过程为负熵流增加的过程，而总熵值会逐渐减小。因此，在无机及分析化学教学过程中，教师要尽量为学生的认知系统输入多变而又新颖的信息，刺激学生的认知系统，使学生的认知系统逐步发生改变，使系统达到更高级、多层次的有序结构，从而达到一种较高的平衡状态，使学生的智力有所提升。

结语：

综上所述，将熵理论运用到化学的教学当中，能在一定程度上提高教师的教学水平。此外，通过在学生的学习过程中，输入新颖而又多样的信息，能保证学生的知识更新速度大于遗忘速度，即负熵流始终大于内熵增，最终带来学生学习上的改变。

参考文献：

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