本站原创物理学是人类科学与文化的结晶，是人们认识和表述自然的科学文化体系. 自然现象及其规律虽然是客观存在的，是不以人的意志为转移的，但认识和表述这些规律，并构建起完整的科学体系，却与人类科学活动的起源、文化推演、活动方式以及科学活动的代表者——物理先驱和科学大师的思维特性、认知操作和科学经历有关. 如果人类重新认识自然，虽然自然本质是不变的，但认识和阐发自然规律的符号系统、概念体系、学科结构等等可能是另外一种形态. 所以，在这个意义上物理学是“人化的自然”. “自然人化”的过程即为“经验理性”的过程，中学物理教学的本质内涵正是演绎着这个过程. 显然，这个过程实现着生命个体对自然存在的主体解读. 但中学物理教学往往简单建立起学习者对科学知识的接受桥梁，学生和教材成为教师操作的课堂要素，物理教学成为外在于学习者的、对自然符号和概念系统的机械操作，这样的过程与学习者的主体认识和发展无关，课堂上出现“知识冷漠”现象是必然的. 笔者认为，无论从物理学“人格化”的自然属性，还是中学生学习物理的认知和情感驱动来看，物理教学不只是对外部世界的认识和反映，而要融入生命个体与自然存在的互动、再认和成长，这是学习者从感知到理性的“人本化”过程——概念化的物理现象与学生的思维操作有机融合，使之发生对话与共鸣，产生认知和探究的理性愉悦，促进物理学习深入影响学生的思维方式并积淀为他们的科学与文化素质.
现以“热力学第二定律”教学为例，谈谈这一认识和实践.
一、教学分析
热力学第二定律揭示的是有大量分子参与的宏观过程的方向性问题，这是热现象的一个重要规律，完整地掌握热学知识，必须对它具有正确的认识. 《普通高中物理课程标准（实验）》选修3-3明确的要求是：“通过自然界宏观过程的方向性，了解热力学第二定律. 初步了解熵是反映系统无序程度的物理量. ”实现这一学习目标可能出现的困难是：热力学第二定律比较抽象，虽然有直接经验可以引发，但概括规律的过程颇为理性，学生易停留于经验事实而难于认识深化；规律的表述比较多样和“经验具体化”，不如热力学第一定律那样给出确定而简洁的数学表述，学生会有难以捉摸之感；认识量化系统无序状态的物理量——熵，需建立在一定的概率统计分析上，会使教学过程比较琐碎，数学味较浓. 为此，教学设计需这样展开：梳理经验事实——尽可能多地联系学生已有和能够接受的经验事实，促进认识指向集中；引导理性概括——从多种现象中概括出直接规律，并认识多种表述的内在一致性；推进认识深化——引导学生探求热力学第二定律的统一表述，深入热现象的微观机制了解熵的概念和熵增加原理.二、教学过程
1. 提出问题热力学第一定律（ΔU=Q+W）的本质就是能量守恒，由此可知“第一类永动机”是不可能实现的. 那么，是不是只要满足能量守恒的物理过程就能够持续地、自发地进行下去呢？
我们知道，自发的热传导过程是高温物体向低温物体传热，传热的过程满足Q吸=Q放 . 反之，热量可不可以在满足“Q吸=Q放”的条件下，自发地由低温物体向高温物体传热呢？经验告诉我们，这个过程是不可能自发进行的. 所以，源于：论文开题报告www.808so.com
制约热现象的过程，除了热力学第一定律外，还有其他的自然规律在发生着作用. （提出问题，初步揭示问题的内在含义，引起学生认知需求）
2. 展开讨论
（1）类似的例子还很多. （进一步联系经验事实，强化学生的感性认识）
扩散过程. 如图l所示，抽去隔板a，两种气体相互扩散，趋于均匀分布，这是自发进行的过程. 反之，使原来分布均匀的两种混合气体相互分离，各居一半的空间，这是非自发过程.
气体膨胀. 如图2所示，打开阀门K，气体会进入另一个容器，这是自发进行的过程. 反之，分布在两个容器内的气体，使其只占据一个容器的空间，这是非自发过程.
（2）初步结论：自发热过程具有方向性. 如果要改变自发热过程的方向，需借助于外部作用才能实现. 例如：反向热传导——制冷；混合气体分子分离——过滤；气体体积减小——做功. 此类过程必然会引起外界的某种变化.（使问题引向深入，逐步揭示宏观热过程规律）
（3）再从能量转化的过程来分析物理现象的方向性. （为热力学第二定律的两种表述作好铺垫）
机械能转化为内能的过程可以连续、完全地进行. 例如，运动的物体由于摩擦而逐渐停止运动，机械能完全转化为内能. 但内能转化为机械能的过程不可能连续、完全地进行. 如图3所示，气缸内高压高温气体推动活塞对外做功，开始一段过程实现着内能向机械能的转化，当气体膨胀到一定程度，压强减小到不足以推动活塞做功时，这一过程就停止了. 要继续做功的过程，就要从头开始，排出气缸内已完成做功任务的废气，注入新鲜空气，喷进燃油，点火燃烧，产生高温高压气体，重新开始做功过程.
这一过程的特点是：① 内能转化为机械能的过程需借助一定的工作物质（如燃气）才能进行；② 工作物质所处的环境温度一定低于其做功过程的温度，所以工作物质必须至少在两个不同温度的热库下才能实现将内能转化为机械能的过程；③内能转化为机械能不可能连续进行，其过程会因为排出废气和吸进燃气而中断；④由于排出的废气温度要高于环境温度，故必然随废气带走一部分不能转化为机械能的热量Q2（图4）.
设燃料燃烧产生的热量为Ql，气体膨胀对外做功W，根据能量守恒有： Ql=W+Q2. 则内能转化为机械能的效率η=W/Q1×100%. 由于损失的热量Q2不可避免，所以效率一定小于100%，即任何一部机器都不可能把内能百分之百地转化为机械能.3. 理性认知
（1）事实结论. 上述事例反映了自发热现象都有特定的方向性，即宏观热过程是不可逆的；自由热传导的过程不可逆；分子自由扩散的过程不可逆；气体源于：论文结论www.808so.com
自由膨胀的过程不可逆；机械能与内能的自由转化不可逆. （学生从亲历的和观察的现象中自主得出初步结果，使认知由感性引向理性）
（2）理论概括. 事实上，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的. 物理学家综合了人们对热现象的观察和认识，概括出反映自然热过程的方向性的规律，即热力学第二定律，其表述一般有两种形式. 一是从自发热传导的方向性来表述：热量不能自发地从低温物体传到高温物体（克劳修斯表述）；二是从能量自由转化的方向性来表述：不可能从单一热库吸收热量，使之完全变成功，而不产生其他影响（开尔文表述）. （规律的概括和表述都有学生的直接经验支撑，使主体认知与物理知识充分融合，让学生在认知满足中获得发展）
（3）深化理解. 这两种表述分别从热传导和能量转化的过程来认识热现象的方向性，其本质是一致的，即它们是等价的.例如有人提出，设法使地球上海水温度降低0.1℃，就可得到5.8×1023J的热量，相当于1800万个100万kW的核电站一年的发电量，将会充分满足人们的需求.这个美好的愿望能否实现呢？
根据热力学第二定律，由第一种表述，一旦海水温度降低（低于环境温度），继续从海水中获得热量就是非自发的热过程，不借助于外界作用是不可能实现的；由第二种表述，这里只有单一热库——海水，没有另一低温热库时，不可能实现把海水储存的内能全部用来做功而不引起外界的变化.因此，愿望虽然是美好的，但它不符合自然界的客观规律，因而所有企盼内能完全转化为机械能的“第二类永动机”都不可能实现，虽然它满足热力学第一定律.
进一步展开讨论，为什么自然界总能量守恒却要节约能源？对此认识和解释必然功到自成，可将学生引向现实生活，加深对规律的理解和对规律现实意义的认识.
4. 引向深入
以宏观事实为基础概括出的热力学第二定律至少有两种表述（学生可联系其他现象作出更多种表述），这些表述虽然等价，但在形式和内容上缺乏简洁性和统一性.如何从诸多现象中抓住事物本质，给出更具本质性的概括，需深入到热现象的微观机制上去认识.（适时引向热力学第二定律的微观解释，引导学生自主钻研和预习下节内容，作好分子概率论的初步准备，为下节课的展开作出铺垫，简化过于烦琐的概率统计分析，着重了解熵的概念和熵增加原理）
三、教学反思
上述教学过程的体会是：①经验事实是学生主体认知的基础，教学起点应从搜集和展开学生已有的、观察的和操作的经验事实出发，帮助学生引向新知，使生活经验和理性认知较好地统一；②物理概念和规律一旦成为学生的主体认知，就发生了人与自然的互动与对话，理性将超越经验产生巨大的认知穿透力，并可获取充分的理性愉悦，产生学习和探究的强烈动机；③课堂教学中所谓“自主活动过程”和“主体认识过程”，不一定就是热闹的场面、外在的表现，课堂教学设计不必刻意追求活动形式，有些轰轰烈烈的场面也许是“虚假繁荣”，关键是使认知体验和思维活动进入学生的知识建构，成为他们积极的认识过程，这样的教学过程也一定实现着学生的主体认知.参考文献：
姚天勇.物理教学要由“物”及“人”[A]//陶洪.著名特级教师教学思想录（中学物理卷）.南京：江苏教育出版社，2012：506.
.普通高中物理课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003：30.