非平衡態(tài)熱力學(xué)理論在物理化學(xué)的實(shí)踐（word版）

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

2、生了解學(xué)非平衡態(tài)熱力學(xué)理論在物理化學(xué)的實(shí)踐 本文內(nèi)容：摘要：物理化學(xué)教學(xué)改革的實(shí)踐中, 在課程內(nèi)容安排上增加了非平衡態(tài)熱力學(xué)的講授內(nèi)容, 有針對(duì)性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設(shè)的簡化。通過這種改革嘗試, 不僅可以使學(xué)生更加深入地掌握經(jīng)典熱力學(xué)的內(nèi)容和普適性, 引發(fā)學(xué)生對(duì)經(jīng)典熱力學(xué)無法解釋變化的思考, 解答學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的疑惑, 還可以使學(xué)生了解學(xué)科前沿領(lǐng)域的新知識(shí), 增加知識(shí)儲(chǔ)備, 拓寬學(xué)術(shù)視野。關(guān)鍵詞：物理化學(xué)；非平衡態(tài)熱力學(xué)；教學(xué)改革物理化學(xué)課程是化學(xué)的理論基礎(chǔ), 它使用物理的方法、原理來研究化學(xué)中最基本的規(guī)律和理論, 如化學(xué)變化的方向和限度問題, 化學(xué)反應(yīng)的機(jī)理和速率問題,

3、 系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)與微觀狀態(tài)間的關(guān)系問題等1。這門課程理論性和邏輯性強(qiáng), 許多定理和概念都建立在理想化模型和假想假設(shè)的基礎(chǔ)上, 學(xué)生對(duì)此難以理解和接受。在實(shí)踐教學(xué)中, 我們發(fā)現(xiàn)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(shè)的原因十_大量的非平衡態(tài)的體系。經(jīng)典熱力學(xué)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(yīng)該在講解清楚經(jīng)典熱力學(xué)理論的基礎(chǔ)上, 尤其是關(guān)于經(jīng)典熱力學(xué)如何解決能量轉(zhuǎn)換的問題以及判斷化學(xué)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(xué)的基本概念和原理。這部分內(nèi)容的引入, 不僅可以使學(xué)生更加深入地掌握經(jīng)典熱力學(xué)的內(nèi)容, 解答學(xué)習(xí)過程

4、中產(chǎn)生的疑惑, 還可以拓寬學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)和學(xué)術(shù)眼界, 有利于培養(yǎng)創(chuàng)新人才。（一）非平衡態(tài)熱力學(xué)1969年, 伊里亞普里戈金提出了基于遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)的耗散結(jié)構(gòu)理論。他指出, 一個(gè)遠(yuǎn)離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)和能量交換, 在外界條件變化達(dá)到一定閾值時(shí), 可以通過內(nèi)部的作用產(chǎn)生自組織現(xiàn)象, 使系統(tǒng)從原來的無序狀態(tài)自發(fā)地轉(zhuǎn)變?yōu)闀r(shí)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(jié)構(gòu)。這種非平衡態(tài)下的新的有序結(jié)構(gòu)就是耗散結(jié)構(gòu)。它以開放系統(tǒng)為研究對(duì)象, 著重闡明開放系統(tǒng)如何從無序走向有序的過程。在此理論的基礎(chǔ)上, 逐漸形成了非平衡態(tài)熱力學(xué)。由于對(duì)非平衡熱力學(xué), 尤其是建立耗散結(jié)構(gòu)理論

5、方面的貢獻(xiàn), 普里戈金榮獲了1977年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。（二）課堂教學(xué)在課堂教學(xué)過程中, 我們簡介了非平衡熱力學(xué)的理論。非平衡熱力學(xué)分為線性非平衡熱力學(xué)和非線性非平衡熱力學(xué), 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(qiáng)調(diào)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(diǎn)不是熱力學(xué)的平衡態(tài), 而是有序的穩(wěn)定態(tài), 這種穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)就是耗散結(jié)構(gòu)。而建立在孤立體系基礎(chǔ)上的經(jīng)典熱力學(xué)認(rèn)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(jìn)一步向?qū)W生說明, 這不是哪種理論孰對(duì)孰錯(cuò)的抉擇, 而是不同研究模型, 不同適用對(duì)象間的差異, 也是科學(xué)不斷前進(jìn), 直面挑戰(zhàn), 解決問題的實(shí)例

6、。經(jīng)典熱力學(xué)有意無意地將時(shí)間和空間的概念排除在外, 在不考慮時(shí)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(jīng)典熱力學(xué)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(shí)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(xué)包含時(shí)空的概念, 是對(duì)經(jīng)典熱力學(xué)的完善和補(bǔ)充。除此之外, 要格外注意的是, 非平衡熱力學(xué)的理論涉及諸多繁瑣的數(shù)學(xué)推導(dǎo), 在實(shí)踐教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn), 學(xué)生很難理解和掌握這些數(shù)學(xué)推導(dǎo), 并且這些推導(dǎo)過程對(duì)于現(xiàn)階段只是想對(duì)這一理論簡單了解的學(xué)生并無更多益處。我們的重點(diǎn)是介紹非平衡熱力學(xué)的基本概念和原理, 以及與經(jīng)典熱力學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系, 讓學(xué)生更好地

7、掌握理解經(jīng)典熱力學(xué), 同時(shí)了解學(xué)科前沿領(lǐng)域的新知識(shí), 增加知識(shí)儲(chǔ)備, 拓寬學(xué)術(shù)視野。（三）實(shí)踐效果針對(duì)在課堂教學(xué)中增加非平衡熱力學(xué)理論的講解是否提高了教學(xué)效果, 我們?cè)谒诎嗉?jí)開展了問卷調(diào)查。問卷調(diào)查的題目是：非平衡熱力學(xué)理論的講授能否加深了你對(duì)熱力學(xué)理論的基本認(rèn)識(shí)？非平衡熱力學(xué)理論是否是對(duì)經(jīng)典熱力學(xué)理論的補(bǔ)充和完善？針對(duì)性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設(shè)的簡化, 是否有助于你更好地理解定理和理論？問卷調(diào)查結(jié)果是：教學(xué)班有三個(gè)班級(jí)組成, 共104人, 實(shí)際參加問卷調(diào)查的學(xué)生人數(shù)是92, 95%的學(xué)生認(rèn)為非平衡熱力學(xué)理論的講授能夠加深了他對(duì)熱力學(xué)理論的基本認(rèn)識(shí), 98%的學(xué)生認(rèn)為非平

8、衡熱力學(xué)理論是對(duì)經(jīng)典熱力學(xué)理論的補(bǔ)充和完善, 97%的學(xué)生認(rèn)為有針對(duì)性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設(shè)的簡化, 有助于你更好地理解定理和理論。我們又統(tǒng)計(jì)了該專業(yè)20_級(jí), 20_級(jí)學(xué)生在物理化學(xué)上冊(cè)教學(xué)期間的期中考試成績（此次考試的考試范圍只包括熱力學(xué)）, 20_級(jí)學(xué)生未參加此次教改, 20_級(jí)學(xué)生參加此次教改。期中考試統(tǒng)計(jì)如下表1所示, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 在參加教改班級(jí)的考試成績中, 80分以上的學(xué)生人數(shù)占比為40.8%, 明顯高于未參加教改班級(jí)的32.6%, 說明通過此次教學(xué)實(shí)踐提高了學(xué)生對(duì)于熱力學(xué)理論的學(xué)習(xí)效果。然而, 不及格學(xué)生人數(shù)占比沒有明顯減少, 這客觀地反映了學(xué)習(xí)熱力學(xué)理論

9、的難度, 也是今后繼續(xù)改革優(yōu)化教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)的重要方向。二結(jié)語在此次教學(xué)改革活動(dòng)中, 我們?cè)黾恿朔瞧胶鉄崃W(xué)理論的講授內(nèi)容, 有針對(duì)性地講解課程中所涉及的基于理想化模型和假想假設(shè)的簡化。實(shí)踐表明, 通過這種改革嘗試, 不僅可以使學(xué)生更加深入地掌握經(jīng)典熱力學(xué)的內(nèi)容和普適性, 引發(fā)學(xué)生對(duì)經(jīng)典熱力學(xué)無法解釋變化的思考, 解答學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生的疑惑, 還可以使學(xué)生了解學(xué)科前沿領(lǐng)域的新知識(shí), 增加知識(shí)儲(chǔ)備, 拓寬學(xué)術(shù)視野。參考文獻(xiàn)1朱志昂.物理化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法的改革J.大學(xué)化學(xué),20_,27(5):9-13.2韓德剛,高執(zhí)棣,等.物理化學(xué)M.北京:高等教育出版社,2001.3范康年.物理化學(xué)M.北京:高等教育出版社,2005.4傅獻(xiàn)彩,沈文霞,等.物理化學(xué)M.北京:高等教育出版社,2006.5劉俊吉,周亞平,等.物理化學(xué)M.北京:高等教育出版社,2009.6彭笑剛.物理化學(xué)講義M.北京:高等教育