混沌理论在化学教育中的作用

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1、混沌理论在化学教育中的作用化学与环境学院听了几节“谁是宇宙主宰”的这门课程，本来对物理就不怎么通的人，还真是一头的雾水。根据老师所讲的一些内容和查找一些资料，才终于明白了一点儿什么叫混沌学吧！也许现在的我也在混沌着，没有逻辑的去写着这篇文字。查了些东西具体的了解了一下什么是混沌学：混沌学（英文:Chaos）在科学上，如果一个系统的演变过程对初态非常敏感，人们就称它为混沌系统。研究混沌运动的一门新学科,叫作混沌学。混沌学发现，出现混沌运动这种奇特现象，是由系统内部的非线性因素引起的。1972年12月29日，美国麻省理工学院教授、混沌学开发展学会第139的论文，提出一个翅膀的拍打能在并由

2、此提出了天这一论断仍为人创人之一E.N•洛伦兹在美国科学次会议上发表了题为《蝴蝶效应》貌似荒谬的论断:在巴西一只蝴蝶美国得克萨斯州产生一个龙卷风,亘的不可准确预报性。时至今日，津津乐道，更重要的是，它激发了人们对混沌学的浓厚兴趣。今天，伴随辻算机等技术的飞速进步，混沌学已发展成为一门影响深远、发展迅速的前沿科学。一般地，如果一个接近实际而没有内在随机性的模型仍然具有貌似随机的行为，就可以称这个真实物理系统是混沌的。一个随时间确定性变化或具有微弱随机性的变化系统，称为动力系统,它的状态可由一个或几个变量数值确定。而一些动力系统中，两个几乎完全一致的状态经过充分长时间后会变得毫无一致，恰

3、如从长序列中随机选取的两个状态那样，这种系统被称为敏感地依赖于初始条件。而对初始条性的敏感的依赖性也可作为一个混沌的定义。与我们通常研究的线性科学不同，混沌学研究的是一种非线性科学,而非线性科学研究似乎总是把人们对“正常"事物“正常'现象的认识转向对篁反常"事物“反常"现象的探索。例如，孤波不是周期性振荡的规则传播「多媒体''技术对信息贮存、压缩、传播、转换和控制过程中遇到大量的“非常规"现象产生所釆用的“非常规"的新方法；混沌打破了确定性方程由初始条件严格确定系统未来运动的篁常规J出现所谓各种“奇异吸引子^现象等。混沌来自于非线性动力系统，而动力系统又描述的是任意随时间发展变化的过

4、程，并且这样的系统产生于生活的各个方面。举个例子，生态学家对某物种的长期性态感兴趣，给定一些观察到的或实验得到的变量（如捕食者个数.气候的恶劣性、食物的可获性等等），建立数堂模型来描述群体的增减。如果用Pn表示n代后该物种极限数目的百分比，则著名的“罗杰斯蒂映射Pn+1=kP（1-Pn（k是依赖于生态条件的常数）可以用于在给定Po,k条件下,预报群体数的长期性态。如果将常数k处理成可变的参数k,则当k值增大到一定值后，“罗杰斯蒂映射''所构成的动力系统就进入混沌状态。最常见的气象模型是巨型动力系统的一个例子：温度、气压、风向、速度以及降雨量都是这个系统中随时间变化的变量。洛伦兹（E

5、.N.Lorenz）教授于1963年《大气科学》杂志上发表了“决定性的非周期流"一文，阐述了在气候不能精确重演与长期天巳预报者无能为力之间必然存在着一种联系，这就是非周期性与不可预见性之间的关系。洛伦兹在计算机上用他所建立的微分方程模拟气候变化的时候，偶然发现输入的初始条件的极细微的差别，可以引起模拟结果的巨大变化。洛伦兹打了个比喻，即我们在文首提到的关于在南半逑巴西某地一只蝴蝶的翅膀的偶然扇动所引起的微小施，几星期后可能变成席卷北半球美国得克萨斯州的一场龙卷风,这就是天气的“蝴蝶效应”。混沌学的另一个重要特点是，他致力于研究定型的变化，而非日常我们做决复杂的，统而决定总处在平衡广的

6、科学。得如何利用的问题熟悉的定量。这是由它的成立的目的——解多因素替换成为引起变化的主导因素的系的。它的基本观点是积累效应和度，即事物状态下的观点。它是与哲学一样,适用面最鉴于这些联系到自己所学的专业我觉混沌理论指导中学的化学教学，是值得探讨1混沌理论的教学实践1.1蝴蝶效应中学化学的教学对象是一群化学基础几乎为零的学生，虽然小学阶段学过科学或自然，但不足以具备完善的科学素养。教师对同学们的思维火花应认真对待，正确引导，而不是一味限制其思想，否则，很可能使学生的发散思维、逆向思维被束缚。因此我们将蝴蝶效应引入中学化学教学中,引导学生建立正确的认知结构［2］。当学生第一次走入实验室的时

7、候既陌生又新奇，总想动动这里，摸摸那里，全然不知道危险就在身边。因此,教师一定要反复强调实验室规则。一个小小的疏忽可能产生意想不到的后果。例如，在做“酒精灯的使用”实验的时候,动手之前，教师多次强调了注意事项。可偏偏问题发生了。一位同学的实验台上没有火柴，于是就用旁边同学的酒精灯引火。当酒精灯倾斜的一瞬间，酒精灯突然燃起，火焰蔓延到实验台上。同学们都惊慌失措，不知如何是好。幸亏教师及时发现，将抹布用水打湿后盖到了火焰上,熄灭了火焰。事后，教师把同学们召集在