蘇教版選修《熵：一種新的世界觀》教案設計

　[導學新概念]

熵是一個物理學概念，是用來闡明熱力學第二定律的。作者在書中卻把這一物理學概念廣泛運用於哲學、經濟學、社會學、政治學以及西方文化的各個領域。所以學習文章時，需要注意《熵：一種新的世紀觀》一書的誕生背景，還需要對這種新的世紀觀有一個總的認識。

裏夫金和霍華德的這部書是在1981年出版的，該書對現代科學技術所帶來的負面影響作了深刻的分析。現代科學技術在只有幾百年的發展中，爲人類帶來了高度的文明，從根本上改變了我們這個世界。與此同時，現代科學技術也使人類陷入種種困境之中，如環境危機、能源危機等。1972年，馬薩諸塞理工學院的丹尼斯·米都斯領導的一個17人小組向羅馬俱樂部提交了一份題爲《增長的極限》的報告。該報告指出，人口和經濟的增長，必然耗盡世界上不可再生的自然資源，同時污染環境，威脅人類生存。這一報告在全世界引起了巨大反響。1981年出版的《熵：一種新的世界觀》比《增長的極限》涉及的領域更廣泛，意義也更深遠。

把熵的概念引入對世界的認識中，遠遠擴大了它在物理學上的意義。熵定律不僅適合於地球，而且適合於整個宇宙。地球上的有效能量有用盡的時候，宇宙的有效能量也有用盡的時候。有效能量用盡，稱之爲“熱寂”，到那時，一切能量差別都趨向於零，所有有用能量已消耗一空，到處是永恆的.死寂。宇宙正無可挽回地走向死亡。這就是一種新的世界觀。

　　[資料顯示屏]

想象把一杯水放在桌子的邊緣上。稍微推一下杯子就會落到地面上去——無疑杯子會被打成許多碎片，水會濺到相當大的面積上，或許會被地毯吸收，還會流到地板的縫隙去。我們這一杯水在這裏只不過忠實地遵循着物理的方程罷了。牛頓的描述即已足夠。杯子和水中的原子獨立地遵守牛頓定律。現在讓我們把這圖像在時間的相反方向表演。由於這些定律的時間可逆性，這些水可以一樣很容易地從地毯和地板縫隙中流出，流進一個由許多碎片拼湊而成的玻璃杯中，再整體從地板上剛好跳躍到桌子的高度，然後它停在邊緣上。正如杯子落下打碎的過程一樣，所有這一切又都和牛頓定律相吻合。……由牛頓力學推導而來的熱力學第一定律是時間對稱的。第一定律並不以任何方式限制玻璃和水，從而排除碎片聚集成杯子，並且充滿水後奇蹟般地跳回到桌面上的可能性。……爲了聚集玻璃碎片並收回所有濺開的水，而且最後優美地跳回到桌子上，必須以不可思議的精確度把它們的運動協調起來。可以肯定的是，這樣的協同的運動實際上是不存在的。

——《皇帝新腦》

煤比木材更難開採、加工，因此把它轉化到有用狀態要耗費更多的能量。這一點也可以在熱力學第二定律的作用中找到答案。世界上的有效能源不斷被消耗掉，而最先消耗的總是最容易得到的能源。後一個能源環境所依賴的能源總要比前一個能源環境的主要能源更難獲得。煤的開採和加工比樹木的砍伐更困難，而石油的開採和加工還要困難。分裂原子以獲得核能就更麻煩了。

——《熵：一種新的世界觀》

　　[教學設計ABC]

　　設計A

　　一、導入新課

地球(宇宙)是一個巨大的能量寶庫，我們常常用“取之不盡，用之不竭”來形容。這能量寶庫真的就沒有用盡的那一天嗎?讀了《熵：一種新的世界觀》一文之後，我們就會有較爲清醒的認識。

　二、指導閱讀

1.速讀課文，解釋“熵”的含義。

明確“熵是不能再被轉化做功的能量的總和的測定單位”，熵是無效能量的總和，“污染就是熵的同義詞”。還需要注意“無效能量”這一概念。在談熵的含義時，作者講了蒸汽機做功和河水發電的事例，以此說明熵是不能再轉化做功的能量的總和。

2.再讀課文，解決兩個問題：一是能量耗散的問題，一是能源危機的問題。

明確：能量耗散意味着熵的增加，就意味着有效能量的減少，而我們做的許多事情，都是在消耗能量，哪怕在你點燃一支菸的時候，世界上的有效能量也在減少。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，所以人類會面臨能源危機。當然我們可以回收利用，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額外的能量。當宇宙的有效能量耗盡時，就不會有任何可以做功的能量，也就更不會有生命。

3.把熵與能量聯繫起來思考，就會對世界產生一種新的認識，也就是一種新的世界觀。

4.閱讀目光要敏銳，閱讀感知也要敏銳。在兩次閱讀中，一定要把熵、能量消耗、能源危機等關鍵詞語找出來，並能作出準確的解釋。

　設計B

導課可以採用設計A，指導閱讀可以變化爲問題思考式。

1.在學生閱讀全文之後，讓學生談談對文章的大致理解。

2.教師可設計幾個問題，供學生們思考討論，從而加深對文章的認識和理解。

問題一：第一段結尾說，如果你聽說過“你不可能不勞而獲”“覆水難收”“天網恢恢，疏而不漏”等諺語，並且有過親身體驗的話，那你就懂得了熱力學第一定律和第二定律了。爲什麼這樣說?請談一談你對這些諺語意思的理解。

明確：因爲可以用這些諺語來表達熱力學第一定律和第二定律的含義。例如，熱力學第一定律認爲能量既不能被創造，也不能被消滅，但可以從一種形式轉化爲另一種形式。熱力學第二定律認爲“當能量從一個較高的集中程度轉化到一個較低的集中程度時，它就做了功”，而且，每當能量轉化後，我們就會“得到一定的懲罰”。這個懲罰就是已經作了功的能量，再也不能做功了。也就是說，儘管能量的總數沒有變，但做功之前是有效能量，做功以後就變成無效能量了。因此，每一次能量轉化都意味着有效能量減少，無效能量增加，也就是熵的增加。作者引用的諺語就是這個意思。“你不可能不勞而獲”是說要想有收穫，就一定得付出勞動，正如做功就得消耗能量一樣;“覆水難收”是說倒出去的水就再也收不回來了，正如做功消耗的能量就不能再做功了一樣;“天網恢恢，疏而不漏”是說法網雖寬，卻不會讓一個壞人漏網，在這裏強調的是無一例外，即做功就要消耗能量，消耗了能量熵就要增加，這是宇宙萬物誰都逃不脫的定律。

問題二：爲了闡述科學道理，文章運用了一些日常生活中的例子來幫助說明。請從文章中找出這樣的例子來，分別說說它們所說明的道理是什麼。

明確：(1)“高樓拔地而起”“青草的生成”→都是能量的轉化，都要消耗有效能量。

(2)“燒掉一塊煤”→能量並沒有消失，只是轉化了，不過不能再用它來做功了。

(3)“點燃一支菸”→要消耗能量，有效能量就會減少。

這樣的事例是很多的，如：“餐具的使用”“把燒紅了的火鉗從火堆裏取出來”“河水越過水壩流入湖泊”，都可以拿來分析，原來高深的道理就簡單明瞭了。

　設計C

1.從環境污染談起，聯繫現實，想一想我們應該爲這個世界(宇宙)做些什麼。(要有環保意識和能量意識)

2.從可持續發展談起，聯繫現實，看一看我們已爲這世界(宇宙)做了些什麼。(要有危機感和責任感)

3.從本文內容談起，開動腦筋，談一談對作者這種新的世界觀的認識和評價。(要有科技意識和創新意識)