作為物質世界的統一體，整個物質世界是守恆的，其總值不會改變的，下面是小編蒐集的一篇關於熱力學定律用於生命過程規律解讀的論文範文，供大家閱讀借鑑。
引言
在應試教育的大背景下，成績成為教學工作的槓桿，致使教師往往只重視知識傳授與解答，忽視包括育人方面的素質教育，其最終結果往往是教學與實踐脫節，學生高分低能，不能滿足現代化建設、社會生產的人才需求。
面對目前中國教育的現狀，許多教育工作者積極進行教育模式的研究探索，不斷更新教材和教學模式。作為學校培養人才的最後一個環節，高校在人才培養方面也受到社會的挑戰和批評。社會認為當前中國高校僅僅是培養了人才胚子而已，並沒有有效起到培養專業技能、創新思維等綜合素質人才的作用。
教學工作過程是一個"教書-育人"過程，理論上講"育人"比"教書"更加重要。而在應試教育的背景下，中國學校的老師們在"教書"方面可以說絞盡腦汁，而在"育人"教育方面挖掘的內容甚少，尤其是理工科老師更是如此。
物理化學作為化學專業的一門專業基礎課程，其知識體系與重點難點較多，以至於物理化學的教學工作者們大部分工作致力於教學內容與教學法的研究探索[1-3],在於如何使學生更有效掌握該課程的知識內容[4-6].這樣以來，老師們更多的時間是琢磨如何精簡地講述教學內容，很容易忽視教學過程中"育人"的重要性。
科學既需要繼承又需要發揚[7],本文將物理化學熱力學基本理論應用於生命體系，來解讀生命過程規律，希望為我們人類的學習、工作和生活等活動指明目標和方向。在教學內容和教學方法方面，利用發散性創造思維模式進行剖析，以達到既完成"教學"又實現"育人"的目的。
1生命發展方向問題
我們經常說："生活沒有目標，就猶如在大海中航行的輪船沒有航線",可見，人生目標有多麼重要。在當今年代，由於社會壓力比較大，人們很容易產生煩躁情緒，導致生活方向迷失;有些人的生活目標，是採用"刀在石上磨，人在世上練"的方式探索而找到的。那麼，人生的根本目標和方向到底在哪裡呢?是否有永恆的目標呢?
熱力學第二定律告訴我們，一個非生命的孤立體系始終向著熵(entropy)增加的方向發展[1,2].熵本質上是體系組成粒子混亂度的量度，非生命體系在不受環境影響的條件下，始終朝著混亂度增大的方向發展，亦即始終朝著化學勢(μ)降低的方向發展(見圖1)[8,9].
作為物質世界的統一體，整個物質世界是守恆的，其總熵值不會改變;那麼非生命體系所對應的生命體系應該朝著混亂度減小的方向發展，亦即生命體系始終朝著提高"自身勢(μ)"的方向發展(見圖1).由圖1可見，生命和非生命體系的本質區別在於發展過程中勢(μ)的方向不同，亦即生命體系的發展方向在於熵減少(增加勢),而非生命體系的發展方向在於熵增加(降低勢).
作為生命體系的人，同樣會遵守生命體系的方向性規律。一個生命個體人成長和思想成熟的過程，是個體不斷提高"自身勢"的過程;當個體的"勢"積累到一定程度後，將會發生量變到質變，通過個體與個體的聯合，以提高體系容量，為進一步提高"勢"建立更大空間，即只有具有一定"勢"的個體才能發生質變，如"成家立業";個體組成的生命團體的方向同樣也是在於逐漸提高團體的"勢",不斷降低團體的混亂度，這就需要團體成員的協調一致、團結合作，從而形成強有力群體(即高μ值).這種量變到質變的不斷髮展，從而促成了"個體勢"、"群體勢"的存在，進而有社會的不斷進步和完善。
2物質的運動形式特點
有了物質運動的方向，那麼物質又是如何在運動中變化的呢?讓我們考察熱力學定律給我們的啟發。熱力學第一定律可表示為：ΔU=Q+W(1)其中Q可表示熱，W為功，U為體系自身內能。
物質世界的運動形式可分為有序(order)運動和無序(disorder)運動兩種形式，如功是物質體系粒子有序運動的巨集觀表現，而熱是物質體系粒子無序運動的巨集觀表現[8,9].熵(混亂度)增加是非生命體系的發展規律特點，其發展過程是無序運動占主導地位。熵(混亂度)減小是生命體系的發展規律特點，其發展目標是有序運動占主導地位。
根據公式(1),"功"和"熱"作為物質粒子常見的運動形式能與體系內能相互轉化，這本質上說物質包含了無序和有序運動所產生的能量，功是有序運動，那必然是有序結構所發生的結果;而熱是無序運動，可用溫度來定量物質體系粒子的.這種運動形式。若體系吸收了熱而體系本身溫度並不升高，那必然是體系通過結構調整將無序運動能儲存在更有序的結構中，正是這個意義上，體系內能U本質上是有序結構勢(μ)的反映。
非生命體系的無序運動過程是體系不需要做功W而自身自發散失Q(為負值),本質上是在體系"有序勢"的作用下自身內能自發降低的過程，即ΔU<0.可見，無序運動Q降低體系內能U降低有序勢μ變為更無序的結構。生命體系的有序運動是體系通過對環境做功W(為負值)從環境獲得物質(即Q,為正值),並且只有W+Q≥0時，則有ΔU≥0,即體系維持或提高結構有序。可見，生命體系做功W的目的在於從環境中獲取Q以期改善體系自身的有序結構。
當然，生命體系獲得Q後還要繼續付出W才能將Q轉化為自身內能U.假若體系不能將獲得的Q儲存在自身的有序結構中，那必然導致體系溫度升高，生命體系會表現為焦躁、浮躁等熱Q的現象反映，甚至導致體系積熱Q而滅亡。
體系的變化過程是無序運動和有序運動共同作用的結果，而且無序運動始終存在於有序結構體系變化中。正是由於這種物質運動規律，生命體系假若不能做有序運動來抵制無序運動，那必然會"逆水行舟，不進則退",因此，生命體系只有通過不斷做功W,從環境獲取Q,並將Q吸收轉化為自身內能U,才能提高或維持自身體系內能U或有序勢μ。
3物質生命個體過程
假若我們以生命個體為研究物件，生命個體總是與其環境進行物質交換和能量交換，根據物理化學體系理論，一個生命個體屬於一個開放體系;但在其發展過程中的每個點上生命體系又可以看作是準靜態的封閉體系，這就滿足了熱力學第一定律的條件，那麼就可以用熱力學第一定律來定量生命體系的規律，其定量的關係可用關係式(2)來表示：ΔUm=QO+QA(2)公式(2)給出了生命個體在其運動過程中的定量能量關係，內能U是生命個體質量或其相當的能量;QO是體系從環境中獲取的能量或物質相對的能量;WA是體系方向性運動消耗的能量。
對植物來說，主要是通過葉綠素細胞做功WA,吸收太陽光子的能量QO,並將獲取的能量QO轉變為自身內能Um;對動物來說，主要是通過對環境做功WA,從環境中獲取有序結構物質(QO),並將獲取的QO轉變為自身體系內能Um.可以看出，生命體系運動的物質過程本質上是生命體通過方向性做功運動WA,從環境獲取物質QO,並將獲取的QO吸收轉化為自身內能Um的過程，其根本目的在於維持或改善/提高內能Um.
4思維意識行為過程
思維意識形態在動物個體中具有主觀能動性的重要作用，能直接作用於動物個體的行為活動。那思維意識遵循的規律如何呢?假若把思維意識看作研究物件，用熱力學定律來考察其定量關係，見公式(3):ΔUI=QA+WE(3)式中內能UI表示個體擁有的資訊量，對個體人來說可表示知識量;QA是從環境中獲取的資訊(為正值)或遺忘的資訊(為負值);WE是生命體思維意識的獲取、練習與表達過程中所做的功。
利用熱力學定律公式(3)來考察思維意識行為的運動變化規律。在思維意識中，思維無序運動(如遺忘)是始終存在的，有QA<0,這樣遺忘運動必然導致個體知識量UI下降;意識個體只有通過有意向的思維活動，在思維意識中通過做功WE,從環境中獲取資訊量QA,並將獲取的QA轉化為自身個體的資訊量UI,才能維持成提高UI.
具有思維意識的生命個體，在思維意識形態中，思維意識資訊結構的維護與改善需要生命個體在思維意識體系中付出努力WE,從環境中獲取的是資訊量QA,並將吸收到的資訊量QA轉化為自身的UI.
可見，人作為存在的生命個體必然需要通過看書、聽課、聽報告等有序的學習活動WE從外界獲得知識QA,才能維持或改善自己的資訊量UI,並將所獲取的知識資訊真正轉換為自己的有序思維，那就必然需要對所學到的知識資訊進一步練習、思考等方向性活動付出WE,才能將獲取的資訊真正轉變為自己知識量UI.
綜合生命個體的思維意識體系，個體日常學習做功WE是獲取資訊量QA的需要，獲取的QA是個體意識資訊量UI的維持與改善的基本條件。
5物質與意識過程的相關性
思維意識是作用於體系的行為而表現出來的，因此生命體系中的做功WA本領本質上是思維意識中的資訊量UI的另一種表現形式。通常來說個體擁有的資訊量UI越大，那麼其對環境做功WA的本領也越大，也就更有利於體系獲取更大的QO,從而提高體系Um.
體系在沒有擴張需求的情況下，在意識和物質交換過程中，體系通過方向性運動所付出的功W而從環境得到Q來維持體系的基本平衡，從而體系處於一個準靜態。在社會領域中，體系可以通過思維意識對行為實現有效控制;在完美思維意識控制下，高能體系會與其他低能體系的成果分享，這在物理化學理論上講巨集觀上有利於整體體系的穩定，在社會層面上講有利於社會的和諧與發展。
6結論
綜上所述，本文利用物理化學的熱力學的理論方法，將熱力學定律運用於解答生命體系的自然需求和社會需求，為生命體的發展指明瞭方向。將熱力學定律運用於生命體系探索人類哲學問題，不僅讓學生們學習到了熱力學定律的基本知識，而且還對學生學習和生活給出了理論指導，達到了既"教書"又"育人"的教學目標。
參考文獻：
[1]劉光燦。物理化學中化學熱力學的教與學[J].中國校外教育，2011(6):174-176.
[2]王帥。提問中學習--物理化學教學中新教法的探索與實踐[J].創新教育，2013(22):46-47.
[3]侯文華，姚天揚。物理化學課程教學探索與實踐[J].中國大學教學，2012(7):38-40.
[4]居學海，周素芹。如何理解熱力學基本公式適用條件[J].大學化學，2011,26(1):77-78.