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摘要：熵理论已由最初的“熵增原理”发展到耗散结构等一系列理论体系，并且被自然科学和社会科学的诸多研究领域所借鉴。化学教学过程也遵循着运用熵理论的耗散结构“低级有序——混沌无序——高级有序”规律，体现出开放系统、创设非平衡态、引入涨落、运用非线性的作用。为优化化学教学提供了一个新的视域。
关键词：熵理论；耗散结构；化学教学；非平衡态；非线性作用
文章编号：1005-6629（2016）1-0008-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1.熵概念与熵理论的涵义
熵是一个不断被深化与泛化的概念，可以分为四个发展阶段。
第一阶段。它起源于德国物理学家克劳修斯（Clausius）1865年构造的热力学系统平衡态的一个状态函数dS=dQ/T，其意为热量除以温度的商，用来表述热力学第二定律。而后，玻尔兹曼（Bohzmann）把熵与系统微观状态函数建立了联系，对熵概念作了统计意义的解释，使熵成为系统组织的无序化程度的量度。克劳修斯在《熵》这篇论文中提出了熵增加原理。
第二阶段。1944年，量子力学创始人薛定谔（E.Schrodinger）提出负熵的概念，认为生命有机体要摆脱死亡，就要不断地吸取负熵，以抵消它在生活中产生的熵增加，使自身维持在一个稳定的低熵水平上。
第三阶段。1948年，信息论创始人申农（C.E.Shannon）证明它和信息是一样的，在其经典论文《通信的数学原理》中运用公理化方法，提出了信息熵的概念，用以度量通信过程中信息源信号的不确定性。利用概率论定义提出信息的负熵定理：一个开放系统，获取信息就等于吸收了负熵，可使系统的不确定性、紊乱度减少并趋于有序；丢失信息时，系统的熵增加，无序度随之增加。因此，信息与熵彼此是互补的，信息与负熵相当，而熵就是系统丢失了的信息的量度。
第四阶段。诺贝尔化学奖得主比利时科学家普里高津（I.Prigoging）从定义非平衡态系统熵开始，引入一系列新概念，把热力学从平衡态拓展到非平衡态，进而拓展到远离平衡态，最终提出耗散结构理论，引起了宏观物理学领域的革命。该理论是熵概念深化的产物，是一种用热力学和统计物理学的方法研究耗散结构的性质及其形成稳定和演变的规律的科学，其研究对象是开放系统，主要讨论的是一个系统从混沌向有序转化的机理、条件和规律。耗散结构论认为：一个远离平衡态的开放系统，靠外界不断供应能量和物质，当系统中的某个参量通过“涨落”达到一定的临界值时，便会打破系统原来的平衡结构，使系统进入一种远离平衡的无序状态，同时，该系统也便开始了更高层次的时间和空间上的物质再组织，从而产生巨大的系统超能，最终系统又将自发地进入一种动态的、功能有序的新状态。普利高津提出的耗散结构要求不断地“吐故纳新”，即不断地与外界发生物质和能量的交换，才能维持它的有序状态。在耗散结构论中，熵和序是两个主要的概念。耗散结构的形成需要三个条件：一是系统必须是远离平衡状态的开放系统；二是系统的不同元素之间存在着非线性作用；三是涨落导致有序。
本文所指的“熵理论”便是对这些与熵相关的理论的统称。熵概念发展到今天，已经远远超出了最初严谨的科学应用，使一个单纯描述微观世界的热力学的物理概念，变成了一个自然科学与社会科学统一的概念。例如，将热力学系统中的熵、耗散结构理论与企业管理相结合，根据熵增原理，管理系统出现从有序到无序的演变，从本质上说明了企业管理的必要性。根据耗散结构理论，管理系统出现从无序到有序的演变，从本质上说明了企业应如何进行管理。
“熵理论”的演变过程详见图1：
2.熵理论指导下的化学教学模式的建构
化学课堂教学系统是由多个因素构成的复杂的开放系统，其内部各要素之间的相互作用满足非线性关系，并远离平衡态，而且在涨落的诱发下可以使系统不断地结构化、层次化，从而从无序走向有序。所以说化学课堂教学系统属于耗散结构，因而可以运用熵理论的原理尝试构建一个优化化学课堂教学的化学教学模式。
学生的认知系统也可视为是一个耗散结构，学生的知识学习过程，实质上是一个耗散结构不断由低级有序向高级有序跃迁的过程：随着新知识的不断输入，学生的认知结构也不断地实现自我的丰富化与多层次化。熵理论认为，一个远离平衡态的耗散结构，要从低级状态进入高级状态，要从无序走向有序，必须对外开放，必须频繁地与环境进行物质、能量和信息的交流。既然系统总熵值的减小只能在外界作用下实现，那就首先要让系统极大限度地对外开放。所以，熵理论指导下的化学教学模式的首要任务便是创造一个开放的教学环境。营造一个开放的系统是为了使系统能够更好地进人_个更高级的有序状态，而欲达到这样的目的，还应创设非平衡态，以打破系统原有的低级有序状态。普利高津认为：非平衡是有序之源。一个内有动力、外有活力的教学系统必定是一个有差异的非均匀的、非平衡的系统。向有序性转化而引发学生认知冲突，激发学生求知欲望，就是创设非平衡态与远离平衡态的有效方法。可见，熵理论指导下的化学教学模式的第二个程序便是创设非平衡态。其实，在创设非平衡态的同时，也就在系统中引入了涨落。涨落导致有序，它强调了在非平衡态教学系统具备了形成耗散结构的客观条件时，涨落对实现系统有序的决定作用。把涨落机制应用到教学系统中，就是要抓住教学系统中的小涨落或采取一些适当变革措施和手段创造小涨落，通过非线性作用使涨落由小变大、由局部到整体，发展成巨涨落，促进系统跃迁到新的有序状态。其中非线性作用在系统升级中具有重要的意义。“非线性与线性是相对独立作用的关系。线性作用具有独立性、对称性、均匀性的特点，这会使事物的演化趋于呆板、单调；而非线性作用具有相关性、非均匀性、非对称性的属性。教师、学生、教学媒体三者之间呈现出典型的非线性特征。三者之间的关系，随着环境的变化而变化，充分利用环境的变化信息，利用它们来促进教学系统的改革，自发调整相互之间的关系，优化教学过程，走向有序。上述分析如图2所示： 依据这个原理可这样处理‘化学能与电能”的教学，见图3。
当然，上述模式中各过程的发展是相对的，并没有绝对鲜明的界线。在实际的教学活动中彼此密切相关、相互转化，从而形成学生创新思维耗散结构的自组织过程，使学生的思维由无序向有序发展，由低级向高级进化。
3.对熵理论指导下的化学教学模式的要素诠释
熵理论作为一个方法论，既然可以用于社会科学诸多领域，那么，它也应该适用于化学教学，诠释化学教学规律，也可以应用熵理论尝试构建化学教学模式。可以使化学教学系统不断地从系统外界引进各种各样的负熵流，不断地抑制自己系统内部的熵产生，使整个化学课堂教学系统的总熵值不断减小，使化学课堂在经历“混沌无序”之后跃迁到高级有序的状态。因此，化学教师在化学教学中可以有意识地运用该模式进行教学，以促进化学教学的高效进行。
3.1建立开放性的教学系统
3.1.1开放教学内容
教学要能促进学生思维的演化，丰富的知识资源至关重要。教学必须向学科前沿开放、向教科书开放、向课堂外开放、向学生开放、学科之间相互开放、评价标准多元与评价方式开放。
教学中对教材的把握不仅需要扣得准，而且需要放得开。例如氯气制法的教学，在介绍教材中内容的基础上，可通过研究性学习的指导，引导学生思考能否用其他的物质代替二氧化锰，如何除去氯气中的氯化氢，如何干燥氯气，如何减少氯气的污染，能否设计更简约化的制氯气的装置；又如阿伏伽德罗定律的教学中，要求学生通过读教材找出：定律中有几个“同”？这几个“同”在定律中的作用是什么？根据该定律你是否能推导出其他推论？……
3.1.2开放教学手段
教学手段的开放，就是要注意多种教学手段的合理配合，充分调动学生的多重积极性。因此，教师在教学中不仅可以整合传统的直观的、演示的、讲述的、讨论的、实验的等教学手段，而且更应该充分发挥多媒体计算机传播大信息量、提供直观形象的化学画面、模拟不易操作的实验、快速正确地处理实验数据、进行知识的多元表征等优点。坚持教学的开放性，就需要扬长避短，综合运用多种教学手段。
以“原电池”教学为例，教师可先用讲授法简单介绍其定义，再结合电脑模拟实验加深对原电池的放电和离子移动现象的认识，然后提出问题（电流的流动方向），师生讨论，教师适时引导。这样多种教学手段综合运用才能取得良好教学效果。
3.2创设非平衡态的教学系统
化学作为一门以实验为主的学科，我们侧重从实验的角度来建构学生思维系统的非平衡过程。实验教学实践表明，实验过程中所展示的一些新颖奇特、趣味盎然的实验现象可以有效地将学生引人·种急欲解决问题的“愤悱”状态。而这种学生欲罢难休的“愤悱”状态正是学生思维远离平衡态的集中表现。
3.2.1新奇性实验
心理学的研究表明，当人的大脑接触到由新奇现象所带来的刺激时，会出现优势兴奋中心，此时大脑的劳动便处于紧张而愉快的状态。因而实验过程所再现的一些新异奇特的实验现象常会在给学生的感观造成强烈刺激的同时，使学生的思维处于非平衡态。
例如，讲硫的氧化物时，课前将一束鲜艳夺目的鲜花插在集气瓶中，学生的注意力全部集中在花上，情绪高涨。教师说，美丽的鲜花在—定条件下也会被腐蚀。请学生注意观察将H2SO3溶液喷洒在花朵上，花朵就变得暗淡、苍白。提问：为什么会产生这种现象呢？由此引入新课。奇特不已、妙趣横生的现象诱发了学生的学习动机，给学生带来心灵震撼的同时，也导致了思维非平衡态的出现，获得极佳的教学效果。
3.2.2疑惑性实验
一位哲人曾经说过，“思维自疑问和惊奇开始”。应当说，疑问是学生汲取知识的原动力，有疑惑才有探求，才有积极的思维活动。在化学实验教学中，借助于疑惑性实验给学生造成的强烈的认知冲突，可以有效地创设思维的非平衡态。
例如，“原电池”一课的教学也可以运用实验手段来创设教学情景：铁是比较活泼的金属，铜是不活泼金属；铁能与稀硫酸反应，铜则不能，这是我们已经知道的事实，如果把这两种金属连接在一起，同时放到稀硫酸中会发生什么现象呢？在实验中，学生会发现，左边的烧杯里，铁丝上有气泡放出；在右边的烧杯里，铜丝上也有气泡放出，为什么呢？从而引发学生思考，进入认知的非平衡态。
3.2.3矛盾性实验
化学实验中所出现的一些或与学生的先前认识相悖，或与所预测的现象有违，以及在不同情况下所出现的实验结果“自相矛盾”的情况，常常可以置学生的思维于“进退维谷”的窘境。促使学生的思维系统远离非平衡状态之后达到更高的有序状态。
例如，为了巩固AI（OH）3是两性氢氧化物等有关知识，教师可设计实验：向AlCl3溶液中加入适量的NaOH溶液，出现絮状沉淀后，继续滴入NaOH溶液。絮状沉淀便消失了。为什么絮状沉淀AI（OH）3能与NaOH溶液反应呢？产生矛盾情境，诱导学生思索。
3.3重视思维的触发机制——引入涨落
涨落是一种跃迁、突变、扰动，在创新思维中表现为直觉、灵感、顿悟等思维的“巨涨落”。在教学过程中，教师若能积极创设良好的思维环境，则可有效地诱发学生思维“巨涨落”的产生。因此，教师应及时注意和把握教学系统内外的各种“涨落”现象，促成系统向有利于分支形成和发展的方向演化，避免教学系统混沌状态的出现。
如在指导学生学习溶液pH的计算时，先让学生思考pH=5的盐酸稀释10倍后，pH=？，通过分析，学生很容易得出pH=6。接着再让他们练习：稀释100倍、1000倍后溶液的pH为多少？若将题目改成pH=9的NaOH溶液分别稀释10倍、100倍、1000倍又如何呢？学生紧张地练习着，教师也在寻找突破难点的时机。突然一位“机灵鬼”一拍桌子，说了句“老母鸡怎能变成鸭？”。教师一听，妙！时机来也！马上请这位同学说说他想到了什么。经这位同学一指点，大家恍然大悟，酸经过稀释不可能变成碱，碱也不可能经过稀释变成酸。那问题出在哪呢？学生思维的积极性被极大地调动起来，经过讨论很快得出“都是水的电离惹的祸”。这时教师及时总结：许多公式、定理的应用都是有条件的，同学们在解题时不能生搬硬套，一定要开动脑筋。接着再进行酸-酸混合，碱-碱混合，酸-碱混合溶液的计算中，学生显然“成熟”了许多，难点一一化解，好一句生动的“老母鸡变鸭”，让学生印象深刻，也省去了许多重复练习的时间。
3.4运用非线性作用
非线性相互作用，能使系统各要素间产生协同作用。系统能由无序演化到有序，发生质变，其内在动力便是系统的协同作用。协同性是系统的普遍性，没有协同性，在环境的干扰下，系统就会瓦解，其结构和层次就会破坏，其功能随之消失或大大削弱。在化学课堂教学中要善于通过非线性作用，促进系统各要素间产生协同作用。实际教学中要协同好教学目标、师生情感、课堂内外等。
例如，笔者在一次有关化学电池的研究性学习过程中，对不同智能型学生进行活动分工，见表1：
这种教学，把全班教学、小组学习和独立自学3种教学组织形式有机地组织起来。这种协同教学组织形式，既有利于提高教学质量，也容易满足个别学生在学习上的要求。使学生努力在“人”与“物”、“人”与“人”及“己”与“己”之间的充分广泛的信息交流的基础上，通过对信息的加工处理，学生实现新的更高层次的平衡。
在福建石狮一中进行“熵理论在化学教学中应用”的试验。调查结果用SPSS统计软件对本次调查进行平均数差异显著性检验，显著性水平为0.05，检测其双尾显著性概率即Sig.（2-tailed）=0.000<0.01，前后测成绩存在极其显著的差异，由此说明实施新的教学方法后效果显著。
借助熵理论建构出一个符合学生发展特点的化学教学模式，其实质就是要运用熵理论，不断地从化学教学系统外引进各种各样的负熵流，不断地抑制自己系统内部的熵产生，才会使整个化学课堂教学系统的总熵值不断减小，并最终通过促成整个系统的巨涨落，使化学课堂教学系统离开原有的稳定状态而跃迁到一个新的稳定有序的状态，从而形成新的优化结构，使化学课堂在经历“混沌无序”之后重新回归到清晰有序的状态，实现化学课堂教学的高效运转。
关键词：熵理论；耗散结构；化学教学；非平衡态；非线性作用
文章编号：1005-6629（2016）1-0008-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
1.熵概念与熵理论的涵义
熵是一个不断被深化与泛化的概念，可以分为四个发展阶段。
第一阶段。它起源于德国物理学家克劳修斯（Clausius）1865年构造的热力学系统平衡态的一个状态函数dS=dQ/T，其意为热量除以温度的商，用来表述热力学第二定律。而后，玻尔兹曼（Bohzmann）把熵与系统微观状态函数建立了联系，对熵概念作了统计意义的解释，使熵成为系统组织的无序化程度的量度。克劳修斯在《熵》这篇论文中提出了熵增加原理。
第二阶段。1944年，量子力学创始人薛定谔（E.Schrodinger）提出负熵的概念，认为生命有机体要摆脱死亡，就要不断地吸取负熵，以抵消它在生活中产生的熵增加，使自身维持在一个稳定的低熵水平上。
第三阶段。1948年，信息论创始人申农（C.E.Shannon）证明它和信息是一样的，在其经典论文《通信的数学原理》中运用公理化方法，提出了信息熵的概念，用以度量通信过程中信息源信号的不确定性。利用概率论定义提出信息的负熵定理：一个开放系统，获取信息就等于吸收了负熵，可使系统的不确定性、紊乱度减少并趋于有序；丢失信息时，系统的熵增加，无序度随之增加。因此，信息与熵彼此是互补的，信息与负熵相当，而熵就是系统丢失了的信息的量度。
第四阶段。诺贝尔化学奖得主比利时科学家普里高津（I.Prigoging）从定义非平衡态系统熵开始，引入一系列新概念，把热力学从平衡态拓展到非平衡态，进而拓展到远离平衡态，最终提出耗散结构理论，引起了宏观物理学领域的革命。该理论是熵概念深化的产物，是一种用热力学和统计物理学的方法研究耗散结构的性质及其形成稳定和演变的规律的科学，其研究对象是开放系统，主要讨论的是一个系统从混沌向有序转化的机理、条件和规律。耗散结构论认为：一个远离平衡态的开放系统，靠外界不断供应能量和物质，当系统中的某个参量通过“涨落”达到一定的临界值时，便会打破系统原来的平衡结构，使系统进入一种远离平衡的无序状态，同时，该系统也便开始了更高层次的时间和空间上的物质再组织，从而产生巨大的系统超能，最终系统又将自发地进入一种动态的、功能有序的新状态。普利高津提出的耗散结构要求不断地“吐故纳新”，即不断地与外界发生物质和能量的交换，才能维持它的有序状态。在耗散结构论中，熵和序是两个主要的概念。耗散结构的形成需要三个条件：一是系统必须是远离平衡状态的开放系统；二是系统的不同元素之间存在着非线性作用；三是涨落导致有序。
本文所指的“熵理论”便是对这些与熵相关的理论的统称。熵概念发展到今天，已经远远超出了最初严谨的科学应用，使一个单纯描述微观世界的热力学的物理概念，变成了一个自然科学与社会科学统一的概念。例如，将热力学系统中的熵、耗散结构理论与企业管理相结合，根据熵增原理，管理系统出现从有序到无序的演变，从本质上说明了企业管理的必要性。根据耗散结构理论，管理系统出现从无序到有序的演变，从本质上说明了企业应如何进行管理。
“熵理论”的演变过程详见图1：
2.熵理论指导下的化学教学模式的建构
化学课堂教学系统是由多个因素构成的复杂的开放系统，其内部各要素之间的相互作用满足非线性关系，并远离平衡态，而且在涨落的诱发下可以使系统不断地结构化、层次化，从而从无序走向有序。所以说化学课堂教学系统属于耗散结构，因而可以运用熵理论的原理尝试构建一个优化化学课堂教学的化学教学模式。
学生的认知系统也可视为是一个耗散结构，学生的知识学习过程，实质上是一个耗散结构不断由低级有序向高级有序跃迁的过程：随着新知识的不断输入，学生的认知结构也不断地实现自我的丰富化与多层次化。熵理论认为，一个远离平衡态的耗散结构，要从低级状态进入高级状态，要从无序走向有序，必须对外开放，必须频繁地与环境进行物质、能量和信息的交流。既然系统总熵值的减小只能在外界作用下实现，那就首先要让系统极大限度地对外开放。所以，熵理论指导下的化学教学模式的首要任务便是创造一个开放的教学环境。营造一个开放的系统是为了使系统能够更好地进人_个更高级的有序状态，而欲达到这样的目的，还应创设非平衡态，以打破系统原有的低级有序状态。普利高津认为：非平衡是有序之源。一个内有动力、外有活力的教学系统必定是一个有差异的非均匀的、非平衡的系统。向有序性转化而引发学生认知冲突，激发学生求知欲望，就是创设非平衡态与远离平衡态的有效方法。可见，熵理论指导下的化学教学模式的第二个程序便是创设非平衡态。其实，在创设非平衡态的同时，也就在系统中引入了涨落。涨落导致有序，它强调了在非平衡态教学系统具备了形成耗散结构的客观条件时，涨落对实现系统有序的决定作用。把涨落机制应用到教学系统中，就是要抓住教学系统中的小涨落或采取一些适当变革措施和手段创造小涨落，通过非线性作用使涨落由小变大、由局部到整体，发展成巨涨落，促进系统跃迁到新的有序状态。其中非线性作用在系统升级中具有重要的意义。“非线性与线性是相对独立作用的关系。线性作用具有独立性、对称性、均匀性的特点，这会使事物的演化趋于呆板、单调；而非线性作用具有相关性、非均匀性、非对称性的属性。教师、学生、教学媒体三者之间呈现出典型的非线性特征。三者之间的关系，随着环境的变化而变化，充分利用环境的变化信息，利用它们来促进教学系统的改革，自发调整相互之间的关系，优化教学过程，走向有序。上述分析如图2所示： 依据这个原理可这样处理‘化学能与电能”的教学，见图3。
当然，上述模式中各过程的发展是相对的，并没有绝对鲜明的界线。在实际的教学活动中彼此密切相关、相互转化，从而形成学生创新思维耗散结构的自组织过程，使学生的思维由无序向有序发展，由低级向高级进化。
3.对熵理论指导下的化学教学模式的要素诠释
熵理论作为一个方法论，既然可以用于社会科学诸多领域，那么，它也应该适用于化学教学，诠释化学教学规律，也可以应用熵理论尝试构建化学教学模式。可以使化学教学系统不断地从系统外界引进各种各样的负熵流，不断地抑制自己系统内部的熵产生，使整个化学课堂教学系统的总熵值不断减小，使化学课堂在经历“混沌无序”之后跃迁到高级有序的状态。因此，化学教师在化学教学中可以有意识地运用该模式进行教学，以促进化学教学的高效进行。
3.1建立开放性的教学系统
3.1.1开放教学内容
教学要能促进学生思维的演化，丰富的知识资源至关重要。教学必须向学科前沿开放、向教科书开放、向课堂外开放、向学生开放、学科之间相互开放、评价标准多元与评价方式开放。
教学中对教材的把握不仅需要扣得准，而且需要放得开。例如氯气制法的教学，在介绍教材中内容的基础上，可通过研究性学习的指导，引导学生思考能否用其他的物质代替二氧化锰，如何除去氯气中的氯化氢，如何干燥氯气，如何减少氯气的污染，能否设计更简约化的制氯气的装置；又如阿伏伽德罗定律的教学中，要求学生通过读教材找出：定律中有几个“同”？这几个“同”在定律中的作用是什么？根据该定律你是否能推导出其他推论？……
3.1.2开放教学手段
教学手段的开放，就是要注意多种教学手段的合理配合，充分调动学生的多重积极性。因此，教师在教学中不仅可以整合传统的直观的、演示的、讲述的、讨论的、实验的等教学手段，而且更应该充分发挥多媒体计算机传播大信息量、提供直观形象的化学画面、模拟不易操作的实验、快速正确地处理实验数据、进行知识的多元表征等优点。坚持教学的开放性，就需要扬长避短，综合运用多种教学手段。
以“原电池”教学为例，教师可先用讲授法简单介绍其定义，再结合电脑模拟实验加深对原电池的放电和离子移动现象的认识，然后提出问题（电流的流动方向），师生讨论，教师适时引导。这样多种教学手段综合运用才能取得良好教学效果。
3.2创设非平衡态的教学系统
化学作为一门以实验为主的学科，我们侧重从实验的角度来建构学生思维系统的非平衡过程。实验教学实践表明，实验过程中所展示的一些新颖奇特、趣味盎然的实验现象可以有效地将学生引人·种急欲解决问题的“愤悱”状态。而这种学生欲罢难休的“愤悱”状态正是学生思维远离平衡态的集中表现。
3.2.1新奇性实验
心理学的研究表明，当人的大脑接触到由新奇现象所带来的刺激时，会出现优势兴奋中心，此时大脑的劳动便处于紧张而愉快的状态。因而实验过程所再现的一些新异奇特的实验现象常会在给学生的感观造成强烈刺激的同时，使学生的思维处于非平衡态。
例如，讲硫的氧化物时，课前将一束鲜艳夺目的鲜花插在集气瓶中，学生的注意力全部集中在花上，情绪高涨。教师说，美丽的鲜花在—定条件下也会被腐蚀。请学生注意观察将H2SO3溶液喷洒在花朵上，花朵就变得暗淡、苍白。提问：为什么会产生这种现象呢？由此引入新课。奇特不已、妙趣横生的现象诱发了学生的学习动机，给学生带来心灵震撼的同时，也导致了思维非平衡态的出现，获得极佳的教学效果。
3.2.2疑惑性实验
一位哲人曾经说过，“思维自疑问和惊奇开始”。应当说，疑问是学生汲取知识的原动力，有疑惑才有探求，才有积极的思维活动。在化学实验教学中，借助于疑惑性实验给学生造成的强烈的认知冲突，可以有效地创设思维的非平衡态。
例如，“原电池”一课的教学也可以运用实验手段来创设教学情景：铁是比较活泼的金属，铜是不活泼金属；铁能与稀硫酸反应，铜则不能，这是我们已经知道的事实，如果把这两种金属连接在一起，同时放到稀硫酸中会发生什么现象呢？在实验中，学生会发现，左边的烧杯里，铁丝上有气泡放出；在右边的烧杯里，铜丝上也有气泡放出，为什么呢？从而引发学生思考，进入认知的非平衡态。
3.2.3矛盾性实验
化学实验中所出现的一些或与学生的先前认识相悖，或与所预测的现象有违，以及在不同情况下所出现的实验结果“自相矛盾”的情况，常常可以置学生的思维于“进退维谷”的窘境。促使学生的思维系统远离非平衡状态之后达到更高的有序状态。
例如，为了巩固AI（OH）3是两性氢氧化物等有关知识，教师可设计实验：向AlCl3溶液中加入适量的NaOH溶液，出现絮状沉淀后，继续滴入NaOH溶液。絮状沉淀便消失了。为什么絮状沉淀AI（OH）3能与NaOH溶液反应呢？产生矛盾情境，诱导学生思索。
3.3重视思维的触发机制——引入涨落
涨落是一种跃迁、突变、扰动，在创新思维中表现为直觉、灵感、顿悟等思维的“巨涨落”。在教学过程中，教师若能积极创设良好的思维环境，则可有效地诱发学生思维“巨涨落”的产生。因此，教师应及时注意和把握教学系统内外的各种“涨落”现象，促成系统向有利于分支形成和发展的方向演化，避免教学系统混沌状态的出现。
如在指导学生学习溶液pH的计算时，先让学生思考pH=5的盐酸稀释10倍后，pH=？，通过分析，学生很容易得出pH=6。接着再让他们练习：稀释100倍、1000倍后溶液的pH为多少？若将题目改成pH=9的NaOH溶液分别稀释10倍、100倍、1000倍又如何呢？学生紧张地练习着，教师也在寻找突破难点的时机。突然一位“机灵鬼”一拍桌子，说了句“老母鸡怎能变成鸭？”。教师一听，妙！时机来也！马上请这位同学说说他想到了什么。经这位同学一指点，大家恍然大悟，酸经过稀释不可能变成碱，碱也不可能经过稀释变成酸。那问题出在哪呢？学生思维的积极性被极大地调动起来，经过讨论很快得出“都是水的电离惹的祸”。这时教师及时总结：许多公式、定理的应用都是有条件的，同学们在解题时不能生搬硬套，一定要开动脑筋。接着再进行酸-酸混合，碱-碱混合，酸-碱混合溶液的计算中，学生显然“成熟”了许多，难点一一化解，好一句生动的“老母鸡变鸭”，让学生印象深刻，也省去了许多重复练习的时间。
3.4运用非线性作用
非线性相互作用，能使系统各要素间产生协同作用。系统能由无序演化到有序，发生质变，其内在动力便是系统的协同作用。协同性是系统的普遍性，没有协同性，在环境的干扰下，系统就会瓦解，其结构和层次就会破坏，其功能随之消失或大大削弱。在化学课堂教学中要善于通过非线性作用，促进系统各要素间产生协同作用。实际教学中要协同好教学目标、师生情感、课堂内外等。
例如，笔者在一次有关化学电池的研究性学习过程中，对不同智能型学生进行活动分工，见表1：
这种教学，把全班教学、小组学习和独立自学3种教学组织形式有机地组织起来。这种协同教学组织形式，既有利于提高教学质量，也容易满足个别学生在学习上的要求。使学生努力在“人”与“物”、“人”与“人”及“己”与“己”之间的充分广泛的信息交流的基础上，通过对信息的加工处理，学生实现新的更高层次的平衡。
在福建石狮一中进行“熵理论在化学教学中应用”的试验。调查结果用SPSS统计软件对本次调查进行平均数差异显著性检验，显著性水平为0.05，检测其双尾显著性概率即Sig.（2-tailed）=0.000<0.01，前后测成绩存在极其显著的差异，由此说明实施新的教学方法后效果显著。
借助熵理论建构出一个符合学生发展特点的化学教学模式，其实质就是要运用熵理论，不断地从化学教学系统外引进各种各样的负熵流，不断地抑制自己系统内部的熵产生，才会使整个化学课堂教学系统的总熵值不断减小，并最终通过促成整个系统的巨涨落，使化学课堂教学系统离开原有的稳定状态而跃迁到一个新的稳定有序的状态，从而形成新的优化结构，使化学课堂在经历“混沌无序”之后重新回归到清晰有序的状态，实现化学课堂教学的高效运转。