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《熵：一种新的世界观》教案

类型：高三教案加入时间：2006年2月20日20:54

［导学新概念］
　　熵是一个物理学概念，是用来阐明热力学第二定律的。作者在书中却把这一物理学概念广泛运用于哲学、经济学、社会学、政治学以及西方文化的各个领域。所以学习文章时，需要注意《熵：一种新的世纪观》一书的诞生背景，还需要对这种新的世纪观有一个总的认识。
　　里夫金和霍华德的这部书是在1981年出版的，该书对现代科学技术所带来的负面影响作了深刻的分析。现代科学技术在只有几百年的发展中，为人类带来了高度的文明，从根本上改变了我们这个世界。与此同时，现代科学技术也使人类陷入种种困境之中，如环境危机、能源危机等。1972年，马萨诸塞理工学院的丹尼斯·米都斯领导的一个17人小组向罗马俱乐部提交了一份题为《增长的极限》的报告。该报告指出，人口和经济的增长，必然耗尽世界上不可再生的自然资源，同时污染环境，威胁人类生存。这一报告在全世界引起了巨大反响。1981年出版的《熵：一种新的世界观》比《增长的极限》涉及的领域更广泛，意义也更深远。
　　把熵的概念引入对世界的认识中，远远扩大了它在物理学上的意义。熵定律不仅适合于地球，而且适合于整个宇宙。地球上的有效能量有用尽的时候，宇宙的有效能量也有用尽的时候。有效能量用尽，称之为“热寂”，到那时，一切能量差别都趋向于零，所有有用能量已消耗一空，到处是永恒的死寂。宇宙正无可挽回地走向死亡。这就是一种新的世界观。
　　［资料显示屏］
　　想象把一杯水放在桌子的边缘上。稍微推一下杯子就会落到地面上去——无疑杯子会被打成许多碎片，水会溅到相当大的面积上，或许会被地毯吸收，还会流到地板的缝隙去。我们这一杯水在这里只不过忠实地遵循着物理的方程罢了。牛顿的描述即已足够。杯子和水中的原子独立地遵守牛顿定律。现在让我们把这图像在时间的相反方向表演。由于这些定律的时间可逆性，这些水可以一样很容易地从地毯和地板缝隙中流出，流进一个由许多碎片拼凑而成的玻璃杯中，再整体从地板上刚好跳跃到桌子的高度，然后它停在边缘上。正如杯子落下打碎的过程一样，所有这一切又都和牛顿定律相吻合。……由牛顿力学推导而来的热力学第一定律是时间对称的。第一定律并不以任何方式限制玻璃和水，从而排除碎片聚集成杯子，并且充满水后奇迹般地跳回到桌面上的可能性。……为了聚集玻璃碎片并收回所有溅开的水，而且最后优美地跳回到桌子上，必须以不可思议的精确度把它们的运动协调起来。可以肯定的是，这样的协同的运动实际上是不存在的。
　　　　　　　　　　　　　　——《皇帝新脑》

　　煤比木材更难开采、加工，因此把它转化到有用状态要耗费更多的能量。这一点也可以在热力学第二定律的作用中找到答案。世界上的有效能源不断被消耗掉，而最先消耗的总是最容易得到的能源。后一个能源环境所依赖的能源总要比前一个能源环境的主要能源更难获得。煤的开采和加工比树木的砍伐更困难，而石油的开采和加工还要困难。分裂原子以获得核能就更麻烦了。
　　　　　　　　　　　　　　——《熵：一种新的世界观》

　　［教学设计ABC］
　　设计A
　　一、导入新课
　　地球（宇宙）是一个巨大的能量宝库，我们常常用“取之不尽，用之不竭”来形容。这能量宝库真的就没有用尽的那一天吗?读了《熵：一种新的世界观》一文之后，我们就会有较为清醒的认识。
　　二、指导阅读
　　1．速读课文，解释“熵”的含义。
　　明确“熵是不能再被转化做功的能量的总和的测定单位”，熵是无效能量的总和，“污染就是熵的同义词”。还需要注意“无效能量”这一概念。在谈熵的含义时，作者讲了蒸汽机做功和河水发电的事例，以此说明熵是不能再转化做功的能量的总和。
　　2．再读课文，解决两个问题：一是能量耗散的问题，一是能源危机的问题。
　　明确：能量耗散意味着熵的增加，就意味着有效能量的减少，而我们做的许多事情，都是在消耗能量，哪怕在你点燃一支烟的时候，世界上的有效能量也在减少。加之地球上的不可再生能源是有限的，可以再生的能源也是有限的，所以人类会面临能源危机。当然我们可以回收利用，但要做到百分之百地回收是不可能的，而且回收本身也都要消耗额外的能量。当宇宙的有效能量耗尽时，就不会有任何可以做功的能量，也就更不会有生命。
　　3．把熵与能量联系起来思考，就会对世界产生一种新的认识，也就是一种新的世界观。
　　4．阅读目光要敏锐，阅读感知也要敏锐。在两次阅读中，一定要把熵、能量消耗、能源危机等关键词语找出来，并能作出准确的解释。
　　设计B
　　导课可以采用设计A，指导阅读可以变化为问题思考式。
　　1．在学生阅读全文之后，让学生谈谈对文章的大致理解。
　　2．教师可设计几个问题，供学生们思考讨论，从而加深对文章的认识和理解。
　　问题一：第一段结尾说，如果你听说过“你不可能不劳而获”“覆水难收”“天网恢恢，疏而不漏”等谚语，并且有过亲身体验的话，那你就懂得了热力学第一定律和第二定律了。为什么这样说?请谈一谈你对这些谚语意思的理解。
　　明确：因为可以用这些谚语来表达热力学第一定律和第二定律的含义。例如，热力学第一定律认为能量既不能被创造，也不能被消灭，但可以从一种形式转化为另一种形式。热力学第二定律认为“当能量从一个较高的集中程度转化到一个较低的集中程度时，它就做了功”，而且，每当能量转化后，我们就会“得到一定的惩罚”。这个惩罚就是已经作了功的能量，再也不能做功了。也就是说，尽管能量的总数没有变，但做功之前是有效能量，做功以后就变成无效能量了。因此，每一次能量转化都意味着有效能量减少，无效能量增加，也就是熵的增加。作者引用的谚语就是这个意思。“你不可能不劳而获”是说要想有收获，就一定得付出劳动，正如做功就得消耗能量一样；“覆水难收”是说倒出去的水就再也收不回来了，正如做功消耗的能量就不能再做功了一样；“天网恢恢，疏而不漏”是说法网虽宽，却不会让一个坏人漏网，在这里强调的是无一例外，即做功就要消耗能量，消耗了能量熵就要增加，这是宇宙万物谁都逃不脱的定律。
　　问题二：为了阐述科学道理，文章运用了一些日常生活中的例子来帮助说明。请从文章中找出这样的例子来，分别说说它们所说明的道理是什么。
　　明确：（1）“高楼拔地而起”“青草的生成”→都是能量的转化，都要消耗有效能量。
　　（2）“烧掉一块煤”→能量并没有消失，只是转化了，不过不能再用它来做功了。
　　（3）“点燃一支烟”→要消耗能量，有效能量就会减少。
　　这样的事例是很多的，如：“餐具的使用”“把烧红了的火钳从火堆里取出来”“河水越过水坝流入湖泊”，都可以拿来分析，原来高深的道理就简单明了了。
　　设计C
　　1．从环境污染谈起，联系现实，想一想我们应该为这个世界（宇宙）做些什么。（要有环保意识和能量意识）
　　2．从可持续发展谈起，联系现实，看一看我们已为这世界（宇宙）做了些什么。（要有危机感和责任感）
　　3．从本文内容谈起，开动脑筋，谈一谈对作者这种新的世界观的认识和评价。（要有科技意识和创新意识）

出处：中国教学资源网

作者：会员