耗散结构理论视角下研究性教学的实现

摘 要:随着经济社会的发展,社会对创新人才的要求越来越迫切。传统的接受性教学方式严重抑制了学生的思维能力、创造能力以及动机、兴趣等非智力因素的发展,已无法适应社会对教育的要求。因此,有识之士指出,“大学教育不应该像中学教育那样,仅仅涉及已有的和整理过的知识……大学生需要独立地去从事‘研究’,至于教授的工作则是诱导学生‘研究’的兴趣”。基于此,本文在耗散结构理论的视角下对研究性教学的实现进行了深入分析,并提出了相应的建议。

关键词:耗散结构理论 研究性教学 实现

随着经济社会的发展,社会对创新人才的要求越来越迫切。然而,传统的以课堂为中心、以教师为中心、以教材为中心的接受性教学方式严重抑制了学生的思维能力、创造能力以及动机、兴趣等非智力因素的发展,已无法适应社会对教育的要求,因此,有识之士纷纷提倡在大学推行研究性教学。他们认为:“大学教育不应该像中学教育那样,仅仅涉及已有的和整理过的知识……大学生需要独立地去从事‘研究’,至于教授的工作则是诱导学生‘研究’的兴趣……”[1]然而,由于研究性教学的实施过程中存在诸如案例设计、评价方式和学生主动学习能力等困难,研究性教学的推进一直不太理想。因此,本文在耗散结构理论的视角下对研究性教学的实现进行研究,提出了相应的建议。

一、研究性教学的内涵

研究性教学起源于20世纪初。1916年,杜威在《民主主义与教育》一书中提出了“问题教学法”。1959年,布鲁纳在《教育过程》中提出了重视科学的知识结构,重视发展学生智力、培养学习能力的新教育观,并率先倡导“发现法”——尽可能引导学生自己去发现的方法。1961年,施瓦布在题为《作为探究的科学教学》(Teachingof Scienceas Inquiry)的报告中,提出了探究式学习法。20世纪80年代后,美国开始加快推进教育改革。1983年4月,美国高等教育质量委员会在题为《国家处在危机之中》的报告中提出,四年制高中毕业生要必修三年社会研究课程,要求学生通过调查研究和问题探讨的方式进行学习,一方面使学生获得探究能力,另一方面增强学生的探究能力、科学精神以及社会责任感和综合的社会实践能力。[2]

所谓研究性教学,就是将课内讲授与课外实践、教师引导与学生自学、教材与阅读有机结合并达到完整、和谐、统一的教学。从教学论的视角来考察,研究性教学和接受性教学是相对应的两种不同的教学方式。研究性教学既能发挥教师的主导作用,又能发挥学生的主体作用;既能培养学生的学习兴趣,激发学生思维,又能培养学生分析解决问题的能力;既能使学生掌握系统扎实的基础知识,又能培养学生的实际操作能力,克服了接受性教学的缺陷。研究性教学可以分为以下三个阶段:[3]

(1)引导—准备阶段。此阶段在于让学生进入问题情境,造成学生认知矛盾和冲突,使其焕发研究性学习的需求、愿望和兴趣,动员和发挥自身的智慧才能,主动投入到研究性学习活动中去。它包括准备问题知识背景、引导学生确立研究课题、组织学生建立课题小组和指导学生制定研究方案四个环节。这一阶段至关重要的是要选好课题,一般以选择与学生学习、生活密切相关,有时代气息而口子较小的专题较为合适。

(2)指导—实施阶段。此阶段是研究性学习的中心阶段。它以系统实施研究方案为任务,以学生整合知识、收集信息、研讨求索、问题解决为目的,以学生自主参与、自主思考、自主探索、自主设计、自主实施为特征。在这一阶段,要引导学生在下列几个方面下功夫:一是多渠道、多方式获取所需要的研究资料;二是整理资料,把握信息间的关联性;三是综合资料并进行判断,得出结论;四是在小组内充分交流,完善得出的结论。教师要对学生进行操作方法和态度的指导,使学生了解和初步掌握收集资料的方法,学会判断信息资料的真伪、优劣,淘汰边缘资料,学习从信息资料中归纳解决问题的思路和观点,反思所得结论的可靠性和科学性,学会在小组合作研究中与人合作共事。

(3)展示—评价阶段。反馈是对一项专题研究活动的总结、评价和反思。在这一阶段,学生可以通过交流分享成果,进行思维碰撞,互相学习,共同提高,增强自信力和效能感,达到提高认识、陶冶情感的目的。它由四个环节构成:表达成果,形成书面报告或口头报告材料;交流成果,用报告、研讨、辩论等各种形式进行;组织评价,既要评价成果质量,更要关注研究态度、研究过程与方法的评价;引导反思,使学生对研究性学习获得深一层的理性认识和操作体验。无论表达、交流、评价或反思,都要强调形式的多样化和实效性。

二、耗散结构与研究性教学

耗散结构理论回答了系统如何从低级有序走向高级有序的问题。从系统论的角度看,课堂就是一个社会子系统,研究性教学和接受性教学则是这个社会子系统的不同结构形式。耗散结构的形成过程,为我们提供了实现研究性教学的思路。

（一）耗散结构理论

1969年,普利高津教授在《理论物理与生物学》国际会议上首先提出了耗散结构理论,并借此于1977年获得诺贝尔化学奖。他认为,一个不断与外界环境进行物质、能量和信息交换的远离平衡态的开放系统,当外界条件变化使其内部某个参量的变化达到一定阈值时,通过涨落,系统能够发生非平衡相变,从而熵减少,由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区域形成的新的宏观有序结构,需要与外界环境不断交换物质或能量才能维持,因此被称为“耗散结构”(Dissipative Structure)。耗散结构的形成必须具备如下条件。

1.开放系统

形成耗散结构的系统必须是开放系统,这是产生耗散结构的必要条件。由于开放系统能够从与外部环境的物质、能量和信息的交换过程中不断得到补充,即输入负熵以抵消内部的熵增,开放系统才能够成为唯一可以向有序化发展的系统。

2.远离平衡态

开放系统有三种存在的状态:热力学平衡态、近平衡态和远离平衡态。

热力学平衡态是一种“死”结构,不可能形成动态有序的耗散结构。处于近平衡态的系统也无法形成耗散结构,这是因为开放系统离开平衡态之后就会发生演化。根据最小熵产生定理,在近平衡区(即非平衡线性区),系统会朝着熵产生最小的与平衡态类似的定态演化,如果环境与系统的物质、能量和信息交换接近停止时,系统会平滑地从非平衡定态变成平衡态,从而处于一种无序的状态。

只有当开放的系统被驱动而越出平衡态区和近平衡态线性区,到达远离平衡态的非线性区域时,才能在外界条件变化使其内部某个参量的变化达到一定阈值时,通过涨落,自发地组织起来,产生一种新的有序结构,即耗散结构。这是一切生物和社会系统的共同特点。

3.非线性相互作用

形成耗散结构,外部环境与远离平衡态的开放系统之间进行物质、能量和信息的交换必不可少,但也离不开开放系统内部非线性的相互作用,非线性(Non-linear)即两个变量间的关系不是简单的比例关系。线性相互作用因为无法重建一个新的稳定态,所以不能形成动态有序的耗散结构。只有系统的构成要素之间都存在非线性的相互联系和相互作用,才可能通过涨落形成自组织,从而实现宏观有序的耗散结构。

4.涨落导致有序

“通过涨落达到有序”是普利高津的一句名言。涨落是指系统处于平衡态时,作为对应微观量统计平均值的宏观量的瞬时值与其平均值之间的偏差。涨落是随机、杂乱无章的,也是客观存在的。当系统处于平衡态或近平衡态时,由于相对于其子系统,系统一般都非常大,涨落与平均值相比是微小的,对于系统而言只是一种微扰,它会很快耗散掉,系统会再度回到原来的状态。这时涨落不会影响系统宏观量的实际测量,所以可以忽略。但当系统处于临界点(即阈值)附近时,涨落可能不再衰减,而是被不稳定的系统放大成宏观数量级,从而出现巨涨落并导致对称性破缺,经过选择确立下来的巨涨落就是涌现出来的宏观整体有序结构。这就是涨落导致有序。

（二）接受性教学和研究性教学是系统的不同结构

普利高津将宏观系统按其与外部环境的关系,分为孤立系统、封闭系统和开放系统三大类。孤立系统是与外部环境没有任何物质、能量和信息交换的系统。因为不能与外部环境交换物质、能量和信息,所以按照热力学第二定律,孤立系统最终会走向无序化。封闭系统是只与外部环境存在能量的交换,但没有物质与信息交换关系的系统。封闭系统形成有序结构唯一的可能是温度足够低,例如晶体的形成,在温度足够低时,其分子呈有序排列。同时,这一有序结构也是一种“死”的有序结构。当温度逐渐上升达到甚至超过一定阈值后,封闭系统就会从有序结构转变为无序结构。开放系统是一种不仅与外部环境存在能量交换,而且存在物质和信息的交换的系统。正是由于能够从与外部环境的物质、能量和信息的交换过程中不断得到补充,即输入负熵以抵消内部的熵增,开放系统才能够成为唯一可以向有序化发展的系统。

接受性教学就是封闭系统的有序状态——平衡结构。在接受性教学模式下,课堂这一系统与外部环境显然不存在物质与信息的交换。首先,在接受性教学模式下,教学理念、教学大纲、教材的信息更新相对静止,而教师和学生的信息交换在教学管理者、教师、学生之间单向线性的模式下,只能围绕教学大纲、教材等进行。其次,在接受性教学模式下,课堂还缺乏和外部环境之间的物质交换。例如,教室的位置和设备是相对固定的,无法利用实地和较先进的设备;教师是固定的,缺少流动;学生是固定的,缺少不同背景的学生的交换。同时,课堂和外部环境存在着能量(鼓励对问题的不同看法、方法或减少提出不同看法、方法的阻力)的交换。例如,教师待遇的改变会影响教师开发新的教学方法、技能或者设计新的案例等。

研究性教学是开放系统的耗散结构。这种状态下的课堂是一个开放系统,即与外部环境存在物质、能量和信息的交换。第一,在研究性教学模式下,课堂存在和外部环境的物质交换。在这种教学模式下,教学时空和教学过程的开放性允许课堂和外部环境进行物质交换。第二,在研究性教学模式下,课堂存在和外部环境的能量交换。在这种教学模式下,外部环境对问题不同看法、方法的接受和鼓励程度会影响到课堂的活跃程度。第三,在研究性教学模式下,课堂存在和外部环境的信息交换。在这种教学模式下,社会对教学理念的看法、科学研究的前沿成果、现实世界的经验都会进入到课堂中来。

三、耗散结构理论对研究性教学的启示

平衡结构是一种静态的稳定结构,或者说是一种“死”结构。它的存在不仅不依赖于外部环境,而且一旦形成,只有将其与外界隔绝才能保持不变。接受性教学就是这样一种状态,外部环境中信息的涌入很容易导致课堂平衡状态的破坏。耗散结构的概念是相对于平衡结构的概念提出来的,与平衡结构相比,耗散结构是一种动态的稳定结构,或者说是一种“活”结构。普利高津等人提出:一个远离平衡的开放系统,在外界条件变化达到某一特定阈值时,量变可能引起质变,系统通过不断与外界交换能量与物质,就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态,即耗散结构。这为研究性教学的各阶段实行提供了启示。

1.引导—准备阶段

这一阶段是研究性教学能否实现的重要一步。这一步需要使课堂和外部环境进行物质、能量和信息的交换从而成为开放系统,并使这种交换达到一定程度(阈值)。首先是教学思想的开放。思想的开放是教师和学生摆脱接受性教学机械、封闭的大纲规范的重要一环。其次是给实行研究性教学的教师一定的津贴。研究性教学较之接受性教学对教师能力和付出要求更高,如果教师存在较大的经济压力和后顾之忧,是无法投入研究性教学中的。这是和外部的能量交换。再次是教学内容的开放。封闭的教材体系不能满足学生发展的需要,更限制了教师和学生对平衡态的远离。因此,研究性教学既要依据教材,又要超越教材。注重吸收新信息、新知识,使教学内容及时反映科学发展的最新成果,从而不断优化教学内容。最后是教学过程和时空的开放。研究性教学可以采用丰富多彩的教学形式。例如,实地的教学,邀请社会相关行业的资深人士到课堂中来,和不同专业学生的搭配授课,等等。

2.指导—实施阶段

在指导—实施阶段,教师应该注意促进与学生之间以及学生和学生之间形成非线性相互作用。这可以从两方面入手:(1)课堂信息传递的方式需要从传统的教师对学生的单向交流转变为教师和学生、学生和学生之间的互动,从而实现思想在非线性的碰撞中不断激发,摆脱传统思维方式的束缚。(2)建立开放的互助小组。现代教学论认为,在合作性的交往团体里,异质学生可以相互启发,相互补充,相互实现思维、智慧的碰撞,从而产生新的思想。所以,可以建立互助小组,并且该小组也是开放的,可随时变换小组成员,从而避免“独学而无友,则孤陋而寡闻”。

3.展示—评价阶段

展示—评价阶段是“通过涨落达到有序”的关键。作为反馈系统的重要一环,评价对教学过程的调控作用是显而易见的。经过前两个阶段,研究性教学的讨论中思想的涨落是随机的、杂乱无章的,也是客观存在的。如果评价方式不恰当,打击了学生的积极性,系统的涨落会很快耗散掉,课堂将再度回到原来接受性教学的“死”的状态。

只有评价体系的科学完善,才能标志着课堂教学的真正成熟。这就要求评价做到“鼓励创见,尊重异见,宽容误见”。对差异的正确看待和评价应是衡量评价是否积极有效的一个重要标准,只有这样,学生才会体验到参与的快乐、成功的快乐,从而乐此不疲地投入自学与反馈的良性循环状态,最后才可能出现巨涨落并导致对称性破缺,再经过选择确立巨涨落,涌现出宏观整体有序结构,实现研究性教学的目的。

[1] 冯增俊.现代研究生教育研究[M].广州:广东高等教育出版社,1993:22.

[2] 应俊峰.研究型课程[M].天津:天津教育出版社,2001:9 13.

[3] 朱桂琴.研究性教学及其基本范式[J].教育探索,2003(7).