热力学定律用于生命过程规律的解读

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摘要

  0引言

  在应试教育的大背景下,成绩成为教学工作的杠杆,致使教师往往只重视知识传授与解答,忽视包括育人方面的素质教育,其最终结果往往是教学与实践脱节,学生高分低能,不能满足现代化建设、社会生产的人才需求。

  面对目前中国教育的现状,许多教育工作者积极进行教育模式的研究探索,不断更新教材和教学模式。作为学校培养人才的最后一个环节,高校在人才培养方面也受到社会的挑战和批评。社会认为当前中国高校仅仅是培养了人才胚子而已,并没有有效起到培养专业技能、创新思维等综合素质人才的作用。

  教学工作过程是一个"教书-育人"过程,理论上讲"育人"比"教书"更加重要。而在应试教育的背景下,中国学校的老师们在"教书"方面可以说绞尽脑汁,而在"育人"教育方面挖掘的内容甚少,尤其是理工科老师更是如此。

  物理化学作为化学专业的一门专业基础课程,其知识体系与重点难点较多,以至于物理化学的教学工作者们大部分工作致力于教学内容与教学法的研究探索[1-3],在于如何使学生更有效掌握该课程的知识内容[4-6].这样以来,老师们更多的时间是琢磨如何精简地讲述教学内容,很容易忽视教学过程中"育人"的重要性。

  科学既需要继承又需要发扬[7],本文将物理化学力学基本理论应用于生命体系,来解读生命过程规律,希望为我们人类的学习、工作和生活等活动指明目标和方向。在教学内容和教学方法方面,利用发散性创造思维模式进行剖析,以达到既完成"教学"又实现"育人"的目的。

  1生命发展方向问题

  我们经常说:"生活没有目标,就犹如在大海中航行的轮船没有航线",可见,人生目标有多么重要。在当今年代,由于社会压力比较大,人们很容易产生烦躁情绪,导致生活方向迷失;有些人的生活目标,是采用"刀在石上磨,人在世上练"的方式探索而找到的。那么,人生的根本目标和方向到底在哪里呢?是否有永恒的目标呢?

  热力学第二定律告诉我们,一个非生命的孤立体系始终向着熵(entropy)增加的方向发展[1,2].熵本质上是体系组成粒子混乱度的量度,非生命体系在不受环境影响的条件下,始终朝着混乱度增大的方向发展,亦即始终朝着化学势(μ)降低的方向发展(见图1)[8,9].

  作为物质世界的统一体,整个物质世界是守恒的,其总熵值不会改变;那么非生命体系所对应的生命体系应该朝着混乱度减小的方向发展,亦即生命体系始终朝着提高"自身势(μ)"的方向发展(见图1).由图1可见,生命和非生命体系的本质区别在于发展过程中势(μ)的方向不同,亦即生命体系的发展方向在于熵减少(增加势),而非生命体系的发展方向在于熵增加(降低势).

  作为生命体系的人,同样会遵守生命体系的方向性规律。一个生命个体人成长和思想成熟的过程,是个体不断提高"自身势"的过程;当个体的"势"积累到一定程度后,将会发生量变到质变,通过个体与个体的联合,以提高体系容量,为进一步提高"势"创建更大空间,即只有具有一定"势"的个体才能发生质变,如"成家立业";个体组成的生命团体的方向同样也是在于逐渐提高团体的"势",不断降低团体的混乱度,这就需要团体成员的协调一致、团结合作,从而形成强有力群体(即高μ值).这种量变到质变的不断发展,从而促成了"个体势"、"群体势"的存在,进而有社会的不断进步和完善。

  2物质的运动形式特点

  有了物质运动的方向,那么物质又是如何在运动中变化的呢?让我们考察热力学定律给我们的启发。热力学第一定律可表示为:ΔU=Q+W(1)其中Q可表示热,W为功,U为体系自身内能。

  物质世界的运动形式可分为有序(order)运动和无序(disorder)运动两种形式,如功是物质体系粒子有序运动的宏观表现,而热是物质体系粒子无序运动的宏观表现[8,9].熵(混乱度)增加是非生命体系的发展规律特点,其发展过程是无序运动占主导地位。熵(混乱度)减小是生命体系的发展规律特点,其发展目标是有序运动占主导地位。

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