從習(xí)題到原始問題：科學(xué)教育方式的重要變革v

1、從習(xí)題到原始問題：科學(xué)教育方式的重要變革<課程.教材.教法>2006.1邢紅軍 陳清梅首都師范大學(xué)物理系， 北京中醫(yī)藥大學(xué)物理教研室【摘要】：從科學(xué)的根源是科學(xué)現(xiàn)象的基本觀點(diǎn)出發(fā)，深入分析了目前我國(guó)科學(xué)教育中存在的問題。依據(jù)教育生態(tài)學(xué)理論、相互作用心理學(xué)理論以及耗散結(jié)構(gòu)理論，提出了以原始問題教學(xué)作為科學(xué)教育方式變革突破口的觀點(diǎn)。基于此，闡釋了原始問題的教育價(jià)值，論述了原始問題的教育功能。這在一定意義上為科學(xué)教育的改革提供了有益的啟示?！娟P(guān)鍵詞】 科學(xué)現(xiàn)象 原始問題 習(xí)題 我國(guó)科學(xué)教育缺乏對(duì)學(xué)生創(chuàng)造能力的培養(yǎng)，是歷史上一直存在的問題。而尤為嚴(yán)重的是，“這樣造成的問題，在中國(guó)中小學(xué)教育

2、完成后的一段時(shí)間內(nèi)還不能顯現(xiàn)出來，到研究生期間，創(chuàng)造性能力問題才明顯暴露出來。到國(guó)外留學(xué)的研究生，很多在創(chuàng)新能力方面有明顯不足，常常是只能在別人指導(dǎo)下做研究而不能獨(dú)立工作、或領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)實(shí)驗(yàn)室開創(chuàng)自己的方向和領(lǐng)域。也就是說，由中國(guó)中小學(xué)教育提倡、培養(yǎng)和選拔出來的好學(xué)生的心態(tài)、思維習(xí)慣和行為模式到進(jìn)入科學(xué)研究前沿時(shí)，就暴露出很大問題?！?怎樣改變傳統(tǒng)的科學(xué)教育方式？多年來我們已經(jīng)作了很多努力，進(jìn)行了各種各樣的課程和教學(xué)方法改革，但效果并不理想。我們的研究表明：長(zhǎng)期以來，我國(guó)的科學(xué)教育已經(jīng)形成了一種觀念，認(rèn)為科學(xué)教育主要就是演算，反映在教學(xué)層面上就是以習(xí)題為核心。一言以蔽之，傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)是導(dǎo)致我國(guó)科

3、學(xué)教育低效能的重要原因。有鑒于此，本文擬從原始問題的角度出發(fā)，去深入探討科學(xué)教育方式的變革，以期對(duì)我國(guó)科學(xué)教育的改革有所裨益。 一習(xí)題與原始問題的比較眾所周知，科學(xué)教育是一種特殊的教育。其特殊性在于，它要求以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過重演科學(xué)活動(dòng)過程從而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。此外，作為一種簡(jiǎn)約化的科學(xué)活動(dòng)，它還要求教師向?qū)W生傳授知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的能力，而這兩個(gè)目的的實(shí)現(xiàn)都要求學(xué)生進(jìn)行必要的練習(xí)。于是，習(xí)題一種練習(xí)形式便應(yīng)運(yùn)而生。在科學(xué)教育中引入習(xí)題的初衷是，鞏固和加深學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)，考察學(xué)生掌握知識(shí)的水平，培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決問題的能力。正是由于習(xí)題教學(xué)的種種優(yōu)點(diǎn)，使得人們對(duì)其推崇備至。比如，物理

4、高考命題委員會(huì)就認(rèn)為：“做題是非常重要的。我們主張要做題，但并不贊成搞題海戰(zhàn)。因?yàn)轭}海戰(zhàn)盲目追求解題的數(shù)量，不重視解題的質(zhì)量，使學(xué)生根本來不及對(duì)習(xí)題以及與習(xí)題有關(guān)的問題進(jìn)行思考?！?2其實(shí)，即使是重視解題質(zhì)量的做題也很難有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造能力。這是因?yàn)?，每一道?xí)題都是從原始問題抽象而來，已經(jīng)把原始問題的一些次要細(xì)節(jié)、非本質(zhì)的聯(lián)系舍去，沒有科學(xué)現(xiàn)象與事實(shí)作為背景，甚至完全脫離科學(xué)現(xiàn)象。也即是說，學(xué)生思維的一部分已經(jīng)被習(xí)題編制人員“越俎代庖”地完成了。同時(shí)，習(xí)題教學(xué)還存在著模式化傾向，缺乏科學(xué)思想的分析，太重視程序與計(jì)算、熟練與技巧。因此，在一定意義上說，我國(guó)學(xué)生創(chuàng)造能力的匱乏正是習(xí)題教學(xué)的直接后

5、果。習(xí)題教學(xué)被推向極致的一個(gè)重要表現(xiàn)是，近年來，我們用習(xí)題培訓(xùn)出了一批在國(guó)際奧林匹克中學(xué)生學(xué)科競(jìng)賽中獲得金獎(jiǎng)的學(xué)生，這似乎更加印證了習(xí)題的重要價(jià)值。然而，前不久，數(shù)學(xué)菲爾茨獎(jiǎng)得主丘 成桐教授卻對(duì)中國(guó)數(shù)學(xué)習(xí)題教學(xué)提出了尖銳的批評(píng)。他指出：“習(xí)題教學(xué)培養(yǎng)出來的學(xué)生只會(huì)考試，但不會(huì)做研究工作。有幾位曾獲國(guó)際奧林匹克數(shù)學(xué)競(jìng)賽金獎(jiǎng)的中國(guó)學(xué)生在哈佛做我的研究生，學(xué)習(xí)都非常困難，有人甚至讀不下去?！?可謂發(fā)人震聵。事實(shí)上，科學(xué)最重要的部分是與現(xiàn)象有關(guān)的，現(xiàn)象是科學(xué)的根源。從這個(gè)基本思想出發(fā)，我們認(rèn)為：解決我國(guó)科學(xué)教育低效能的重要措施就是要打破傳統(tǒng)習(xí)題教學(xué)一統(tǒng)天下的局面，通過引進(jìn)原始問題來逐步使習(xí)題教學(xué)與原始

6、問題教學(xué)相結(jié)合，從而達(dá)到提高科學(xué)教育效能的目的。所謂原始問題，是指自然界及社會(huì)生活、生產(chǎn)中客觀存在、能夠反映科學(xué)概念、規(guī)律本質(zhì)且未被加工的典型科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)。而習(xí)題則是把科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)經(jīng)過一定程度抽象后加工出來的練習(xí)作業(yè)。兩者的關(guān)系如圖1所示。原始問題 表征問題建立模型問題解決直覺的認(rèn)識(shí)、分析、判斷分解、簡(jiǎn)化、抽象演算、推導(dǎo)（1）（2）（3） 圖1由圖1可知，學(xué)生解決原始問題需要經(jīng)歷三個(gè)相互銜接的過程：第一，問題是針對(duì)什么科學(xué)現(xiàn)象和事實(shí)的，弄清楚原始問題是什么（What），即認(rèn)識(shí)問題；第二，原始問題怎樣通過分解、簡(jiǎn)化、抽象后轉(zhuǎn)化為科學(xué)模型（How），即科學(xué)建模；第三，怎樣定性或定量的通過演算和

7、推導(dǎo)解決問題（How），即解題技巧。確切地說，原始問題的表述形式是對(duì)科學(xué)現(xiàn)象的描述，它基本上采用文字?jǐn)⑹龅姆绞匠尸F(xiàn)科學(xué)現(xiàn)象，與習(xí)題顯著不同的是，沒有習(xí)題中常常給定的已知量、未知量，需要學(xué)生根據(jù)需要去設(shè)置。比如，1995年10月28日，加拿大人科克倫手握長(zhǎng)桿走鋼絲跨越長(zhǎng)江三峽?？瓶藗惾绾问褂檬种械拈L(zhǎng)桿？這樣的問題就稱為原始問題。相反，目前科學(xué)教育中廣泛采用的習(xí)題卻很難為學(xué)生提供這樣的情境。由于歷史的原因，我國(guó)傳統(tǒng)的習(xí)題教學(xué)往往側(cè)重圖1的第二個(gè)過程（建模）和第三個(gè)過程（技巧），特別是注重第三個(gè)過程（技巧），而尤其缺少第一個(gè)過程（認(rèn)識(shí)），對(duì)科學(xué)現(xiàn)象和科學(xué)事實(shí)把握不夠。因此，致使很多學(xué)生只知道根據(jù)已知

8、條件去解題，遇到實(shí)際問題則常常束手無策。即使在理論研究層面上，原始問題與習(xí)題的區(qū)別也常常被忽視。比如，McDermott和Larkin提出的力學(xué)問題解決過程表征體系的假設(shè)，就是以習(xí)題為研究對(duì)象的。4 5 6而國(guó)內(nèi)關(guān)于中學(xué)生解決物理問題的研究，其材料通常也是選取Larkin試題集的典型習(xí)題一質(zhì)量為M的靜止木塊，從傾角為，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的斜面頂端下滑，木塊與斜面的摩擦系數(shù)為，求當(dāng)物體到達(dá)斜面底端時(shí)的速度。7 8顯然，這些關(guān)于物理問題解決的研究實(shí)質(zhì)仍然是解答習(xí)題的研究。其實(shí)，早在上個(gè)世紀(jì)，蘇聯(lián)心理學(xué)家馬丘什金就將習(xí)題與問題情境進(jìn)行了比較與區(qū)分。他指出：“習(xí)題和問題情境是具有原則性區(qū)別的概念，因?yàn)樗鼈儤?biāo)志著

9、不同的心理現(xiàn)實(shí)。”9應(yīng)當(dāng)說，這是非常重要的見解。馬丘什金進(jìn)一步指出：“習(xí)題，是以語(yǔ)詞或符號(hào)的形式表現(xiàn)作為已知東西的條件和要求發(fā)現(xiàn)的未知數(shù)之間客觀給定的關(guān)系。所以，習(xí)題的解決是把某種起始的（給定的）情境改變?yōu)榻K結(jié)的（所要求的）情境?？墒牵?xí)題作為作業(yè)的一種形式不與主體發(fā)生直接關(guān)系，不要求把活動(dòng)主體包括在習(xí)題的情境之中?！?0也就是說，習(xí)題所表現(xiàn)的只是已知條件與要求發(fā)現(xiàn)的未知東西之間客觀給定的關(guān)系，它不考慮解題者主體的狀態(tài)，所以習(xí)題的根本缺陷正在于此?！皢栴}情境則不然，它不僅僅包括已知與未知的客觀關(guān)系，而且要求主體參與這一關(guān)系，并反映出主體和客體相互作用的特殊類型，這首先是在發(fā)現(xiàn)新知識(shí)的過程中產(chǎn)生

10、的主體的某種確定的狀態(tài)。在這一過程中，隨著主體對(duì)新的東西的發(fā)現(xiàn)，主體的心理狀態(tài)也同時(shí)發(fā)生變化，并構(gòu)成著新的心理形成物。因此，問題情境中的探索過程是與形成新的基本的心理形成物的過程相一致的。由此可見，問題情境不是由于與主體可能性無關(guān)的習(xí)題本身的復(fù)雜性而產(chǎn)生的，它產(chǎn)生于主體的可能性與所提出的作業(yè)對(duì)主體要求之間的一定關(guān)系之中?！?1在國(guó)內(nèi)，趙凱華先生覺察到這個(gè)問題。他指出：“在我們的教學(xué)中，同一問題，既可以把原始的問題提交給學(xué)生，也可以由教師把問題分解或抽象成一定的數(shù)學(xué)模型后再提交給學(xué)生。習(xí)慣于解后一類問題的學(xué)生，在遇到前一類問題時(shí)，往往會(huì)不知所措?！?2顯而易見，在科學(xué)教育中明確原始問題與習(xí)題之間

11、的區(qū)別是有著相當(dāng)重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義的。二原始問題的教育價(jià)值隨著教育研究的不斷深入，教育領(lǐng)域出現(xiàn)了一門運(yùn)用生態(tài)學(xué)方法研究教育的科學(xué)教育生態(tài)學(xué)。教育生態(tài)學(xué)強(qiáng)調(diào)在真實(shí)、自然情境中研究教育規(guī)律以及學(xué)生的心理活動(dòng)規(guī)律，強(qiáng)調(diào)提高教育活動(dòng)的可應(yīng)用性和普遍適用性，建立合理的教育生態(tài)環(huán)境，提高教育的效益，促進(jìn)人才迅速成長(zhǎng)和發(fā)展。生態(tài)學(xué)是19世紀(jì)末在生物科學(xué)中成長(zhǎng)起來的一門科學(xué)，它的研究對(duì)象是生物個(gè)體、種群、群落和生態(tài)系統(tǒng)。其研究任務(wù)是探索有機(jī)體與環(huán)境之間相互作用的規(guī)律及機(jī)理，研究生物的生存條件以及生物與其生存環(huán)境之間的相互關(guān)系。在研究方法上，生態(tài)學(xué)家一般采用描述性分析方法，即先對(duì)現(xiàn)象進(jìn)行描述，而后再做分析。在

12、科學(xué)教育中強(qiáng)調(diào)生態(tài)性，乃是源于習(xí)題教學(xué)固有的局限性。我們知道，習(xí)題教學(xué)具有許多優(yōu)點(diǎn)。然而，隨著科學(xué)教育研究的深入，習(xí)題固有的缺陷-即人為性也日益暴露出來。由于習(xí)題情境是人為設(shè)置且條件控制嚴(yán)格，因而使科學(xué)教育情境的真實(shí)性受到破壞，使學(xué)生解答習(xí)題的認(rèn)知心理及行為表現(xiàn)與解決原始問題的認(rèn)知心理及行為表現(xiàn)相去甚遠(yuǎn)。這樣，就削弱了科學(xué)教育特有的教育價(jià)值。事實(shí)正是如此。眾所周知，在沒有科學(xué)情境的情況下學(xué)習(xí)科學(xué)是困難的。許多學(xué)生經(jīng)過多年苦讀，學(xué)習(xí)了大量的科學(xué)概念、規(guī)律，做了許多習(xí)題，卻不能有效地提高能力。他們面臨科學(xué)問題時(shí)不能迅速判斷，稍一動(dòng)筆就錯(cuò)誤百出。在理解科學(xué)問題的機(jī)制方面也是除了簡(jiǎn)單的分析外，不能準(zhǔn)確

13、地表達(dá)自己的思想，不能完整地解決問題。學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的過程實(shí)際上如同開了中藥鋪?zhàn)?，科學(xué)概念、規(guī)律都被分離放置在柜上的小匣子里，不能形成一個(gè)有機(jī)的整體。而科學(xué)是有生命的，把無生命的部件拼湊起來模仿生命，效果自然可以想象。許多學(xué)生靠加倍的努力來擺脫困境，其結(jié)果卻是在藥柜上開了更多的匣子。我們知道，在真實(shí)的情境中，科學(xué)教育活動(dòng)受到多種因素影響，這些因素又是相互作用、相互影響的，是一個(gè)完整的過程，科學(xué)教育活動(dòng)是該系統(tǒng)中各因素相互作用的綜合結(jié)果。然而，習(xí)題教學(xué)卻將這些因素孤立開來，僅局限于特定情境中某些特定因素對(duì)科學(xué)教育活動(dòng)的影響，因而就難以揭示真實(shí)、自然條件下的科學(xué)教育規(guī)律。通過借鑒教育生態(tài)學(xué)的有關(guān)思想

14、，我們提出了科學(xué)教育生態(tài)化的基本觀點(diǎn)：1.科學(xué)教育活動(dòng)不是孤立的，而是與科學(xué)現(xiàn)象有機(jī)地聯(lián)系在一起的，處于一個(gè)復(fù)雜的關(guān)系之中；2.科學(xué)教育活動(dòng)既受到自身內(nèi)部因素的影響，又受到外部因素的影響；3.科學(xué)教育活動(dòng)應(yīng)當(dāng)在科學(xué)生態(tài)環(huán)境與社會(huì)生態(tài)環(huán)境中進(jìn)行，以揭示真實(shí)、自然條件下學(xué)生的心理活動(dòng)規(guī)律與科學(xué)教育規(guī)律；4. 科學(xué)教育活動(dòng)應(yīng)注重研究學(xué)生與其所處環(huán)境之間的相互作用；5.科學(xué)教育活動(dòng)應(yīng)注重研究學(xué)生在與其所處環(huán)境相互作用過程中的主動(dòng)性。在科學(xué)教育中，原始問題教學(xué)并不局限于教育生態(tài)學(xué)強(qiáng)調(diào)的情境，而是以生態(tài)學(xué)思想為指導(dǎo)，把科學(xué)知識(shí)融入科學(xué)現(xiàn)象之中并以原始問題的形式呈現(xiàn)，主張把習(xí)題固有的嚴(yán)格性移植到自然、真實(shí)的

15、科學(xué)環(huán)境中，并在其中揭示科學(xué)教育活動(dòng)的因果關(guān)系。因此，原始問題教學(xué)所采用的方法，具有既不同于習(xí)題教學(xué)強(qiáng)調(diào)推導(dǎo)、演算而忽視學(xué)生能力培養(yǎng)的特點(diǎn)，又不同于研究性學(xué)習(xí)為探究而犧牲知識(shí)傳授效率的特點(diǎn)。它強(qiáng)調(diào)給定的情境雖然是原始的，但問題本身又必須是嚴(yán)格的。也就是說，它要求提高科學(xué)教育的外部效度，而又毋需以降低內(nèi)部效度為代價(jià)。因此，原始問題教學(xué)就具有以下教育價(jià)值。首先，它有助于解決目前科學(xué)教育內(nèi)部效度和外部效度不能同時(shí)得到滿足的矛盾。我們知道，習(xí)題教學(xué)雖然內(nèi)部效度較高，但缺乏外部效度。一般認(rèn)為，內(nèi)部效度是外部效度的必要條件，但不是充分條件。內(nèi)部效度低的教育結(jié)果就談不上對(duì)其他情境的普遍意義；然而內(nèi)部效度高的

16、教育結(jié)果卻不一定能夠一般化到現(xiàn)實(shí)中去。研究性學(xué)習(xí)雖然具有較高的外部效度，但卻難以保證科學(xué)教育的內(nèi)部效度；原始問題由于將習(xí)題的嚴(yán)格控制應(yīng)用于科學(xué)現(xiàn)象之中，并且經(jīng)過抽象之后可以成為習(xí)題，就使得它在一定程度上具備高效完成間接經(jīng)驗(yàn)知識(shí)內(nèi)化的功能，從而將內(nèi)部效度和外部效度較好地統(tǒng)一起來。其次，在原始問題教學(xué)中，學(xué)生的認(rèn)知心理與行為表現(xiàn)都比較真實(shí)，因此，能夠較好地揭示科學(xué)教育中學(xué)生的心理規(guī)律和學(xué)習(xí)規(guī)律。為了驗(yàn)證這一觀點(diǎn)，我們運(yùn)用原始物理問題和由其改編而成的習(xí)題對(duì)高中學(xué)生進(jìn)行了測(cè)試，結(jié)果表明：原始物理問題卷的平均分為39.5，而習(xí)題卷的平均分為70，差異非常顯著，且前者得分呈正態(tài)分布，后者呈偏態(tài)分布。13這

17、說明，原始問題雖然也有一定程度的控制，但沒有象習(xí)題那樣幾乎完全排除環(huán)境的影響，從而保證了學(xué)生的心理及行為變化仍然是現(xiàn)實(shí)中各種因素綜合作用的結(jié)果。教育心理學(xué)的研究指出，教育與實(shí)際情境的相似性，是教育效果的關(guān)鍵因素。而且，這種相似性越高，教育結(jié)果的可應(yīng)用性也越高。甚至教學(xué)所采用的方式，也應(yīng)該盡可能接近教育結(jié)果所要應(yīng)用的實(shí)際情況，這樣才能在更大程度上提高教育的效能。第三，可以根據(jù)教學(xué)的需要選擇數(shù)量合適的原始問題供學(xué)生練習(xí)，以保證掌握知識(shí)和培養(yǎng)能力的需要。事實(shí)上，科學(xué)概念和規(guī)律只有在原始問題中才有生命力，才能顯示出其內(nèi)涵、色彩，格調(diào)，才能顯示出其內(nèi)在的理由、作用和功能，學(xué)生學(xué)習(xí)過的概念和規(guī)律才能真正活

18、起來，這樣才能提高學(xué)習(xí)效率。通過一定數(shù)量的原始問題訓(xùn)練，當(dāng)學(xué)生解決實(shí)際問題時(shí)，各種各樣的策略才能夠迅速檢索而無須搜腸刮肚地對(duì)照做過的題型，才有可能在處理前一個(gè)步驟時(shí)就在大腦中預(yù)感下一個(gè)步驟，根本無須暗暗回憶各種題型再思量其意義。即使學(xué)生進(jìn)行創(chuàng)造性活動(dòng)，也能憑直覺而非經(jīng)驗(yàn)去探索正確的解決途徑。所以，正是在這個(gè)意義上，我們認(rèn)為原始問題教學(xué)不僅可以使學(xué)生有效地學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)，而且也能很好地培養(yǎng)學(xué)生的能力。從相互作用心理學(xué)的視野來審視，我們更能體察出原始問題教學(xué)與習(xí)題教學(xué)的本質(zhì)不同。20世紀(jì)70年代以來，心理學(xué)研究中逐漸形成一種較新的思路，其基本思想集中于行為發(fā)生過程中人與環(huán)境的多向性交互作用，并且認(rèn)為

19、，在這種交互作用中，人與情境是相互依存而非單方面所決定。其基本觀點(diǎn)有四個(gè)方面：1.個(gè)體的行為是他們與所處情境之間多方向的連續(xù)的交互作用結(jié)果；2.個(gè)體在這一交互作用過程中是有意識(shí)的和主動(dòng)的；3.在交互作用的人的方面，認(rèn)知和動(dòng)機(jī)因素是行為的基本決定因素；4.在交互作用的情境方面，情境對(duì)于個(gè)體所包含的心理學(xué)意義是重要的決定因素。14相互作用心理學(xué)的新思路，為真正從個(gè)體和情境兩方面對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)的心理過程作出描述、解釋和預(yù)測(cè)，提供了理論和方法方面的基礎(chǔ)，特別是對(duì)情境研究提供了較系統(tǒng)的分析手段，分別從“情境內(nèi)交互作用”和“情境間交互作用”考察情境的心理學(xué)意義。因此，為了克服習(xí)題教學(xué)的局限性，我們主張，科

20、學(xué)教育應(yīng)當(dāng)走出單一習(xí)題教學(xué)的禁錮，在真實(shí)的情境中研究學(xué)生的學(xué)習(xí)心理與科學(xué)教育活動(dòng)，重視科學(xué)教育活動(dòng)中學(xué)生與科學(xué)現(xiàn)象的多向性交互作用，以保證科學(xué)教育活動(dòng)具有較高的生態(tài)學(xué)效度，具有較高的應(yīng)用價(jià)值。而原始問題教學(xué)則使教育生態(tài)學(xué)的思想轉(zhuǎn)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)成為可能。當(dāng)然，還應(yīng)當(dāng)指出，強(qiáng)調(diào)原始問題教學(xué)并不是要完全排斥習(xí)題教學(xué)，否定習(xí)題教學(xué)的價(jià)值，而是主張?jiān)诒Ａ袅?xí)題教學(xué)優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)，克服其不足，并通過兩者的相互結(jié)合來達(dá)到提高科學(xué)教育效能的目的。三原始問題的教育功能現(xiàn)代認(rèn)知心理學(xué)的研究認(rèn)為，人的思維生理基礎(chǔ)是人的大腦。人腦有多達(dá)150億個(gè)神經(jīng)元，靠其突觸相互連接構(gòu)成無數(shù)條通路。這些通路構(gòu)成了人類后天學(xué)習(xí)結(jié)果無限多樣性的生

21、理基礎(chǔ)。因此，人腦不僅是一個(gè)生物系統(tǒng)，同時(shí)又是一個(gè)耗散結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)理論指出，一個(gè)開放系統(tǒng)，在遠(yuǎn)離平衡態(tài)的條件下可以由混沌向有序方向轉(zhuǎn)化；有序的組織可能通過一個(gè)自組織過程從無序和混沌中自發(fā)地產(chǎn)生出來；自組織的顯著特點(diǎn)是它通過突變過程而完成的，這個(gè)突變發(fā)生在事物由低級(jí)到高級(jí)階段之間的分叉點(diǎn)上；在發(fā)生突變之前，系統(tǒng)通過正反饋與外界交換物質(zhì)、能量和信息，使有序狀態(tài)參量不斷增強(qiáng)，超過臨界值系統(tǒng)便進(jìn)入高一級(jí)階段，這個(gè)高級(jí)階段叫“耗散結(jié)構(gòu)”，因?yàn)楸绕鹌胶饨Y(jié)構(gòu)，它要求消耗更多的能量來維持。我們的研究表明，在科學(xué)教育中進(jìn)行原始問題教學(xué)，可以較好地創(chuàng)設(shè)使學(xué)生的大腦從混沌向有序方向轉(zhuǎn)化的條件，因此，原始問題教學(xué)就

22、具有以下教育功能。1使學(xué)生的大腦充分開放根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論，一個(gè)系統(tǒng)只有開放才能有序。這是因?yàn)椋行虻慕Y(jié)構(gòu)需要輸入物質(zhì)、能量或信息，并與外界進(jìn)行交換才能維持，封閉的系統(tǒng)無法進(jìn)行有效的交換，因而最終變?yōu)榛煦?。傳統(tǒng)的習(xí)題,往往與科學(xué)現(xiàn)象相脫離，充斥著小球、輕桿、木塊、斜面，使學(xué)生處于模型和模塊的包圍之中，卻往往不問其生活源頭，感受不到科學(xué)現(xiàn)象真實(shí)與鮮活的一面，久而久之便桎梏了創(chuàng)造性思維的發(fā)展。由圖1可知，習(xí)題在一定程度上就是一個(gè)封閉系統(tǒng)，其邊界為虛線框，它基本上排除了環(huán)境因素的影響，因而不能使學(xué)生的大腦充分開放。原始問題則不然，由于具有生態(tài)性和開放性等特點(diǎn)，就決定了原始問題的解決必然是探索和發(fā)現(xiàn)的過

23、程。面對(duì)一個(gè)信息龐雜、客觀真實(shí)的原始問題，學(xué)生很難找到可以拿來直接仿效的原型，需要通過獨(dú)立思考，不斷嘗試，對(duì)問題進(jìn)行探索。只有擺脫習(xí)題的束縛，學(xué)生的思維才可能脫離平衡狀態(tài)。2使學(xué)生的思維遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)根據(jù)“耗散結(jié)構(gòu)”理論，非平衡是有序之源。我們的思維之所以不斷深化，是因?yàn)樵诖竽X的認(rèn)知過程中，原來認(rèn)知結(jié)構(gòu)的平衡狀態(tài)被外來的刺激所打破，發(fā)生了“同化”或更深刻的“順應(yīng)”過程，使原來的認(rèn)知結(jié)構(gòu)得到充實(shí)或變革，達(dá)到新的水平和新的平衡。習(xí)題和原始問題的區(qū)別就在于，前者很難打破學(xué)生思維的平衡狀態(tài)，而后者則刺激學(xué)生積極思維。由圖1可知，原始問題的解決除了推導(dǎo)、演算等過程外，還包括建立模型的分解、簡(jiǎn)化、抽象等思維

24、過程以及對(duì)原始問題加以直覺的認(rèn)識(shí)、分析和判斷過程，從而使學(xué)生的思維遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)，并達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維的目的。相反，習(xí)題由于遠(yuǎn)離科學(xué)現(xiàn)象，所以只能使學(xué)生的思維處于平衡狀態(tài)。比如，在一項(xiàng)關(guān)于物理問題表征能力內(nèi)影響因子的結(jié)構(gòu)建模研究中，由于使用的中學(xué)生物理問題表征能力影響因素的探測(cè)工具量表均由物理習(xí)題構(gòu)成，所以最終“沒有得到滿意的協(xié)方差結(jié)構(gòu)模型。因此，放棄模型的建立?！?5分析其原因，研究者認(rèn)為：“問題表征的影響因素不僅僅包括內(nèi)部因素，還包括許多外部因素，即主體外因素。這些因素不被包含在研究范圍內(nèi)，就造成了模型建立中殘差部分太大，就難以得到滿意的模型解。這也從另一個(gè)方面反映，如果要全面揭示問題表

25、征的影響機(jī)制，單從內(nèi)部因素考察還很不夠，它同時(shí)需要考察多方面的內(nèi)外因素，才有可能建立比較可靠和完整的影響因子模型?！?6這進(jìn)一步說明了習(xí)題的局限性。3促進(jìn)學(xué)生思維非線性相互作用的發(fā)展“耗散結(jié)構(gòu)”理論指出，只有在系統(tǒng)內(nèi)各要素之間存在著非線性相互作用的機(jī)制下，才能形成耗散結(jié)構(gòu)。因?yàn)榉蔷€性相互作用，使各個(gè)要素之間產(chǎn)生相干效應(yīng)和協(xié)調(diào)作用。當(dāng)學(xué)生解決原始問題時(shí)，外界提供的信息常常是不充分的，有很多空白點(diǎn)，僅憑邏輯思維很難窺探問題的本質(zhì)，此時(shí)，直覺思維不受“邏輯順序”束縛的特點(diǎn)便可發(fā)揮作用。直覺思維作為一種與邏輯思維截然不同的思維，是一種非線性思維，其特點(diǎn)在于思維的觸角可以伸出非常遠(yuǎn)，往往在還沒有看清楚問

26、題解決途徑的時(shí)候就抓住了它的精神，然后再想辦法把中間的路徑聯(lián)系起來。雖然并不能保證每一次都能成功，但如果不去伸出直覺思維的觸角，就永遠(yuǎn)也走不遠(yuǎn)。愛因斯坦曾高度評(píng)價(jià)直覺思維的重要價(jià)值。他指出：“物理學(xué)家的最高使命是要得到那些普遍的基本定律，要通向這些定律，并沒有邏輯的道路，只有通過那種以對(duì)經(jīng)驗(yàn)共鳴的理解為依據(jù)的直覺，才能得到這些定律?！?7高屋建瓴地道出了直覺思維的創(chuàng)造價(jià)值。對(duì)于原始問題促進(jìn)思維非線性相互作用的功能，一位物理教師張老師通過教育行動(dòng)研究進(jìn)行了實(shí)踐，取得了較好的效果。依據(jù)行動(dòng)研究是“由社會(huì)情境（教育情境）的參與者，為提高對(duì)所從事的社會(huì)或教育實(shí)踐的理性認(rèn)識(shí)，為加深對(duì)實(shí)踐活動(dòng)及其依賴的背

27、景的理解所進(jìn)行的反思研究”18的理念，張老師在課堂上向同學(xué)們提出了這樣一個(gè)原始物理問題：“在宇航飛行時(shí)人們處于失重狀態(tài)。失重給宇航員的生活和工作帶來很大不便，因此，有必要制造一個(gè)人造重力裝置。人造重力能否實(shí)現(xiàn)？”19顯然，這一問題只有在思維的各個(gè)要素產(chǎn)生相干效應(yīng)和協(xié)同作用下才有可能解決。4.通過隨機(jī)漲落促進(jìn)學(xué)生思維從無序到有序的轉(zhuǎn)變“耗散結(jié)構(gòu)”理論提出，處于近平衡區(qū)的系統(tǒng)，其內(nèi)部的漲落將會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞，使系統(tǒng)進(jìn)入無序狀態(tài)。但對(duì)于遠(yuǎn)離平衡區(qū)的系統(tǒng)，漲落卻可能成為促使系統(tǒng)從不穩(wěn)定狀態(tài)躍遷到一個(gè)新的穩(wěn)定有序狀態(tài)的誘因，漲落就可能被放大，導(dǎo)致系統(tǒng)失穩(wěn)，把系統(tǒng)推到臨界點(diǎn)上，并進(jìn)而由隨機(jī)漲落進(jìn)行選

28、擇，沿多種可能途徑中的某一分支進(jìn)入一個(gè)新的狀態(tài)。 在科學(xué)教育中，當(dāng)學(xué)生的思維系統(tǒng)到達(dá)臨界點(diǎn)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)很多參量如美感、新穎性、解釋性、復(fù)雜性、包容性、理解性等，其中一些可能會(huì)很快衰減，而另一些則可能越來越被放大。這種情況常常是在突然之間發(fā)生的。這是因?yàn)椋到y(tǒng)發(fā)生非平衡相變時(shí)狀態(tài)參量是從零越過臨界點(diǎn)到達(dá)一個(gè)非零值的，思維的這種狀態(tài)就是靈感被激發(fā)的狀態(tài)。如前所述，對(duì)于人造重力問題，“李輝同學(xué)提出了根據(jù)角動(dòng)量守恒定律，設(shè)法使航天站和配重所構(gòu)成的系統(tǒng)不停地做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，從而使人造重力實(shí)現(xiàn)的方案；劉娟同學(xué)則建議把配重做成另一個(gè)航天站同時(shí)送上太空，兩個(gè)航天站繞著它們的中點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)的方案；而羅敏同學(xué)進(jìn)一步提出了

29、把連接兩個(gè)航天站的支架改成管形通道的方案。這時(shí)，李輝突然說：有了！我把航天站做成密封的圓環(huán)狀，從地面發(fā)射到達(dá)預(yù)定軌道后，通過動(dòng)力使環(huán)形艙獲得一定角速度繞圓環(huán)的中心轉(zhuǎn)動(dòng)，撤去動(dòng)力，由于角動(dòng)量守恒，環(huán)形艙可以不停地轉(zhuǎn)動(dòng)下去，宇航員便可以在類似地面重力的情況下生活了?！?0于是，通過這個(gè)被隨機(jī)放大的漲落（管形通道），李輝同學(xué)完成了思維從無序到有序的突變。這就是漲落導(dǎo)致有序?？傊?，原始問題教學(xué)使科學(xué)教育從純粹的知識(shí)傳授模式中走出來，進(jìn)入到科學(xué)知識(shí)傳授與應(yīng)用相結(jié)合的新階段，從而使得科學(xué)教育更符合其培養(yǎng)目標(biāo)。在科學(xué)教育思想上，它引起了一次革命，打破了傳統(tǒng)科學(xué)教育中習(xí)題教學(xué)占據(jù)統(tǒng)治地位的格局，提出了解決科學(xué)

30、教育外部效度的有效措施，它拓展了人們的科學(xué)教育視野，拓寬了科學(xué)教育的范疇，進(jìn)一步增進(jìn)了人們對(duì)于科學(xué)教育規(guī)律的理解與認(rèn)識(shí)，從而有助于更好地實(shí)現(xiàn)科學(xué)教育目的。參考文獻(xiàn)：1饒毅。健全人格與創(chuàng)新精神【N】。北京：人民日?qǐng)?bào)，1999。4。17。2教育部考試中心。高考物理能力考察與題型設(shè)計(jì)。【M】。北京：高等教育出版社，1997，258、90、91、92。3丘成桐。如何培養(yǎng)中國(guó)學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)的興趣【N】。北京：科學(xué)時(shí)報(bào)，2004，623。4McDermott J,Larkin J H. Re-representing textbook physics problems .In:Proceedings of t

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