物理化学中的人文哲理

再议物理化学中的人文哲理

摘要：将理工科教学与人文哲理进行融合，让学生能够运用理工科的知识来解释社会发展的趋势和纷杂的社会现象，并学会对社会问题作出决策，是自然学科教师追求的终极目标。该文通过物理化学中的开尔文公式、精馏原理、可逆过程、熵增原理等基本理论诠释了社会发展中的人文哲理，如新鲜事物产生的阻力、人才选拔机制、国家GDP增长速度与环境保护之矛盾、社会发展多元化等现象。

关键词：物理化学、熵、可逆过程、精馏原理

目前世界各国的理科课程改革越来越重视加强科学、技术、社会、人文等素质的交叉，素质教育也是我国高教改革的重要课题，其中人文素质教育又是世界各国都在探索的热点问题。著名的《耶鲁报告》肯定了人文教育的重要价值，称“没有什么东西比好的理论更为实际，没有什么东西比人文教育更为有用”。然后无论人文教育家们如何呼吁，科学教育仍以不可逆转之势向前发展，并逐步取代了人文教育，在大学教育中占据着统治地位。而如何在各自学科中，尤其是在理工科中进行人文素质教育，成为急需解决的问题。这就要求理工科教师从本学科理论知识中充分挖掘存在的人文资源，为在理工科教学中渗透人文素质教育提供素材。作为理工科教育的目的，不仅要求学生掌握有关的科学知识、技能和方法，而且能运用这些知识去了解社会和关注社会，并能运用理工科的知识来解释社会发展的趋势和纷杂的社会现象，并学会对社会问题作出决策，这是高校教师追求的终极目标[1-3]。

物理化学课程作为大学中化学或化工类相关专业的基础课，是一门重要基础课程，堪称化学中的哲学，虽然教科书中没有直接出现哲学术语，但是其自身有着丰富的哲学内涵，因此在物理化学教学过程中，应当注意从哲学角度来分析和认识物理化学的基本知识，并从哲学观点来渗透和融合到日常生活或者社会发展中，这样一方面可以使学生更好地理解所学知识，另一方面可以培养学生的辩证唯物主义世界观的形成和树立科学方法运用的知识，在课堂教学中展示物理化学的哲学内涵，可以营造轻松愉快的课堂教学氛围，激发学生的学习兴趣，提高物理化学教学效果，让学生真切体会到自然科学最终与人文哲学融为一体。本文就教学中的体会谈谈物理化学中蕴涵的社会发展中的人文哲理。

1 开尔文公式诠释社会进步中新事物的完美蜕变需要借助外界力量

ρ

γr 2P r P ln RT M = 公式1 开尔文公式（公式1）描述了在一定温度T 下：某物质弯曲表面上的蒸气压Pr 与其表面张力γ、曲率半径r 、平面液体的饱和蒸汽压P 、分子量M 、密度ρ之间的定量关系，Pr 特指小液滴或小气泡的蒸汽压。对于小液滴，r ＞0，则Pr ＞P ，即小液滴的饱和蒸气压要大于平面液体的蒸气压，而且液滴半径越小，其饱和蒸气压增大得越多。将此理论应用到大雨来临之前的大气中，此时大量气体中将要产生新的相态-小液滴，当小液滴从无限小开始形成的过程中，其蒸汽压要远远大于平面液体的饱和蒸汽压，人们的直观感受就是在大雨来临之前闷热难耐，要想缩短小液体的形成时间，就需要借助新的固体微粒作为新的相态-小液滴的附着点，进而加快小液滴从无到有的形成进程。开尔文公式也可应用于沸腾前液体中将要产生的小气泡的情景，此时对小气泡而言r ＜0，则Pr ＜P 。即小气泡的饱和蒸气压要小于同温度下平面液体的饱和蒸气压，而且气泡半径越小，其蒸气压越小。要想使得小气泡的蒸汽压达到外界大气压强而气化，势必需要升高温度，这就是产生过热液体的原因，要想缩短过热液体存在时间以尽快达到蒸发状态，同样需要借助新的微粒作为新的相态-小气泡的附着点，以加快气泡从无到有的进程，这正是沸石的作用。加热前沸石中大量孔隙中潜伏着大量气体，随着温度逐渐升高，沸石中的气体进入液相，成为新气泡的附着点，进而缩短了气泡形成的过程。

这一科学原理可以上升到哲学范畴，即人类社会每一次制度的进步、新鲜事物的诞生都要面临具大的社会阻力，要想冲破层层障碍，只有借助外力才能实现完美蜕变。

2 精馏原理诠释中国人才选拔体制

精馏塔的分离原理是借助混合物中各组分相对挥发度的差异，经过多次气化和多次冷凝达到分离的目的，在精馏塔的进料位置，不同蒸发能力的混合物一同进入塔的进料板，其中较轻组分以气体形式沿着塔板上行、较重组分以液体形式下行。在塔内的每块塔板上均伴随着冷的下行液体和热的上升气体的换热，并进行传质。塔板中下行液体中部分轻组分遇热蒸发可能进入上行气体中，反之，上升气体中的重组分遇冷的液体可能被冷凝而进入下行液体中。每个塔板都进行以上的变化。最后最轻组分、次轻组分、...、次重组分、最重组分依次从塔的上部到下部分流出。如果以原油为原料进入精馏塔中，则从塔顶到塔底依次得到了石脑油、汽油、煤油、柴油、重油等。我们可以将混合物中各组分的蒸发能力比喻成学生的学习能力，精馏塔相当于中国的人才选拔体制。由于家庭教育背景、天赋，学习能力的差异，

进料板相当于人生遇到的第一次选拔-中考，学习能力强的学生进入上行期，学习能力差的进入下行期。每块塔板相当于每次小的选拔赛，下行的部分学生有机会进入上行，反之上行的学生中也同样有被甩下来进入下行期。最终学习能力强的学生历经每块塔板的考验最终进入塔顶，相当于高考位于前列的学生，而下行的学生由于没有抓住每次机会，最终被从塔底甩出。笔者在课堂上讲授精馏原理时用以上案例做比喻，起到了非常好的效果。

3 可逆体积功诠释国家GDP 的快速增长对环境的破坏 可逆过程是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即能使系统回到原来状态，又能完全消除过程对外界所产生的一切影响，则该过程称为可逆过程。反之，如果无论采用何种办法都不能使系统和外界完全复原，则该过程称为不可逆过程。以上的可逆过程可以借助气体的恒温压缩和恒温膨胀完成循环过程以实现系统与环境功的交换进行解释。参看图1，系统从始态D （V 1，P 1）恒温膨胀到终态C （V 2，P 2），再恒温压缩至始态D （V 1，P 1），完成一个循环过程。如果循环是由一步膨胀和一步压缩构成，则膨胀阶段系统对环境做的功等于矩形ABCD 的面积，将终态C （V 2，P 2）再经历一步压缩至始态D （V 1，P 1），压缩阶段需要消耗环境的功等于矩形面积ABC'D'，以上的循环过程，当系统恢复原状（V 1，P 1）时，消耗环境的功与系统对环境做的功差值等于矩形CDD'C'的面积。

图1 一步膨胀一步压缩完成循环过程系统与环境功的交换示意图

V

P (V 1，P 1) (V 2，P 2) A D B C'

D' C