混沌理論在現(xiàn)代教學設(shè)計中的應用

混沌理論在現(xiàn)代教學設(shè)計中的應用

一、教學設(shè)計的核心范疇是人的思維的介入牛頓的經(jīng)典力學體系證明了現(xiàn)代物理世界的機械科學概念、簡單秩序概念和系統(tǒng)封閉概念。其核心內(nèi)容是，確定的宇宙可以通過閉合和關(guān)系理論來預測和控制，并且具有線性關(guān)系。然而,被稱為“20世紀物理學第三大革命”的混沌學的形成與發(fā)展,徹底擊碎了關(guān)于可控測量過程的牛頓式的夢和拉普拉斯的決定論可預測的幻想,由此拉開了一幕科學領(lǐng)域范式的重大轉(zhuǎn)移——超越現(xiàn)代主義范式走向以開放,動態(tài)、不確定性、非線性為特征的后現(xiàn)代主義范式.教學設(shè)計作為一門研究人類最復雜系統(tǒng)的教育學科,本身就是一個帶有復雜性和不確定的動態(tài)系統(tǒng),具有混沌特征,其中的各種因素及其造成的影響和變化也是難以準確控制和預測的。實際上今日線性的,策略化的.易于量化的、側(cè)重于清晰的起點和明確的終點的教學系統(tǒng)設(shè)計的弊端已暴露無遺所以,僅有基于牛頓力學的系統(tǒng)理論體系和思維方法是不夠的.本文力圖將混沌理論作為理論基礎(chǔ)引入現(xiàn)代教學系統(tǒng)設(shè)計的研究領(lǐng)域、使其成為教學系統(tǒng)設(shè)計工作者轉(zhuǎn)變思維方式的重要方法論.二、混沌的無所不所謂“混沌”,是指非決定論的不可預測性,無序性、復雜性,不平衡性、多樣性、非線性及不穩(wěn)定性的存在?；煦绮⒉灰馕吨鵁o序。理解混沌,應當注意把握兩點:第一,混沌系統(tǒng)中隱藏著有序,混沌是有序的前兆和伙伴而不是敵手,它在有機體的進化和成熟中起著重大的作用;第二,混沌是存在于無序中的有序模式,雖然混沌是隨機的,卻包含著有序的隱蔽結(jié)構(gòu)和模式2理解混沌理論要把握以下三大關(guān)鍵概念1.不確定性原則對初始條件的敏感性又稱蝴蝶效應,是美國著名氣象學家洛倫茲提出的1979年,他在華盛頓作的一場報告中提出:“可預言性:一只蝴蝶在巴西煽動翅膀,會在得克薩斯引起龍卷風嗎?”這表明混沌系統(tǒng)對初始條件是敏感的,一點小的偏差都可能使我們偏離所希望達到的狀態(tài)和目標,對初始條件的敏感性是與不確定性、不可預測性相關(guān)聯(lián)的,也就是說,來自系統(tǒng)一部分的微小的干擾其結(jié)果引起系統(tǒng)其他部分的巨大震動,同時對初始條件的敏感性決定了沒有兩個相同結(jié)果的出現(xiàn)2.學生認識分形元認知學習與分形元認知是學習者對自己認知過程理解、控制和操作的知識與能力的自覺意識。元認知源于皮亞杰的認知發(fā)展心理,布魯納認為人的思維會在已有的知識策略和輸入的信息的相互作用中重構(gòu)一個新的認知結(jié)構(gòu),這主要得益于元認知及其潛力的開發(fā),認知結(jié)構(gòu),是學生頭腦里的知識結(jié)構(gòu)。廣義地說,它是某一學習者的觀念的全部內(nèi)容和組織;狹義地說,它是學習者在某一特殊知識領(lǐng)域內(nèi)的觀念的內(nèi)容和組織。分形由于具有不規(guī)則的比例自相似性,可以通過認識部分來映現(xiàn)整體,在系統(tǒng)科學上沿著微觀認識再反映到宏觀認識,形成了分形認識論,它是關(guān)于整體與部分覺察間的關(guān)系的思維方法。由線性發(fā)展到非線性階段,豐富和深化了這種思維的辯證關(guān)系,提出了認識世界的一種新的方法論,為人們從部分中認知整體,從有限中認知無限提供了相應的理論依據(jù)。由于人的思維的復雜性,教學設(shè)計應注意發(fā)展和培養(yǎng)元認知,有意識地運用分形迭代的思維方法和分形認識觀點,開發(fā)元認知能力,促進蝴蝶效應的產(chǎn)生。3.基于奇奇吸引子的非線性系統(tǒng)模型所謂吸引子是指這樣的行為:它使系統(tǒng)被吸引、約束、控制、限定著物體的運動范圍。有三類不同的吸引子:不動點吸引子、有限極限環(huán)吸引子、奇怪吸引子。不動點吸引子的作用是約束系統(tǒng)達到一個靜止穩(wěn)定態(tài);有限極限環(huán)吸引子是指重復或循環(huán)代表系統(tǒng)的周期運動;奇怪吸引子是非平衡、非線性系統(tǒng)演化的一種歸宿,代表系統(tǒng)的混沌運動。奇怪吸引子通過誘發(fā)系統(tǒng)向不規(guī)則發(fā)展,使系統(tǒng)產(chǎn)生復雜、豐富、多變、不確定性。依據(jù)奇怪吸引子的觀點,系統(tǒng)被視為可通過限制活動范圍的參數(shù)而進行限定,但不是可以簡單預測的。混沌理論認為,所有的系統(tǒng)都遵從于不可預測的擾動,混沌系統(tǒng)不是混亂的系統(tǒng),而是有秩序的,是隱藏在無序中的有序方式?；煦缋碚搶逃闹匾獑⑹驹谟?整體觀和學習的非線性的觀點,它為我們思考教學系統(tǒng)設(shè)計提供了一個全新的視角。三、在課程理念下，教育設(shè)計的基本特征1.個生態(tài)系統(tǒng)的相互影響新課程理念下的課程觀認為,課程是一個生態(tài)系統(tǒng),是教師、學生、教學媒介以及環(huán)境組成的一個有機系統(tǒng)。在這個生態(tài)系統(tǒng)中,四個因素是相互作用、相互影響的,猶如一條“食物鏈”。教師要從單純設(shè)計教學媒介(主要是教科書)轉(zhuǎn)向多維的立體設(shè)計,將設(shè)計的中心轉(zhuǎn)移到人的身上來,要真正將教學過程作為一個動態(tài)、開放的系統(tǒng)來設(shè)計,從整體與部分、整體與環(huán)境之間的相互聯(lián)系、相互制約中選擇解決問題的最佳方案,以實現(xiàn)教學系統(tǒng)的整體優(yōu)化。2.“知識高速更新”的客觀要求在現(xiàn)代教學設(shè)計中體現(xiàn)“以學生的學習為本、以學生的發(fā)展為本”的理念,是新課程對教師提出的客觀要求,是適應現(xiàn)代學習化社會中“知識高速更新”狀況的必然選擇。教學設(shè)計要注重弘揚學生的主體性和創(chuàng)造性,尊重和凸顯學生的主體地位,要創(chuàng)設(shè)一種有趣味的鮮活情境,使學生處于一種主動、活躍的能動狀態(tài),全身心、多感官地參與活動,真正成為學習的主人。3.建構(gòu)學習方式建構(gòu)主義認為,學習是積極主動的過程,它不是刺激反應,也不限于信息加工,而是領(lǐng)悟發(fā)現(xiàn)、建構(gòu)生成意義;學習是一種主動的體驗,是一種對話協(xié)商、協(xié)同分享的過程。從“建構(gòu)性”著眼,對于學生學習方式的設(shè)計與策劃,應以“自主、合作、探究”為主,以接受學習方式為輔。此外,要重視認知沖突的設(shè)計。所謂認知沖突,是指學生原有知識經(jīng)驗與新知識之間的矛盾沖突,它是學生建構(gòu)良好認知結(jié)構(gòu)的推動力。4.從生活中談學設(shè)計學科知識與生活世界是流與源的關(guān)系。生活世界是學科知識的本源,學科知識則是人類生活經(jīng)驗和智慧的總結(jié)和提升。任何學科的教學設(shè)計都要重視從生活中引出問題,注重直接經(jīng)驗與間接經(jīng)驗的學習,首先是一種經(jīng)歷,一種身心活動的過程。這就決定了教學設(shè)計要具有活動性,要把活動貫穿于教學全過程,使學生最大限度地處于主體激活狀態(tài),能積極主動地動手、動口、動眼、動腦,進行自主學習、探究學習、合作學習;要給予學生更多的自我設(shè)計、自我操作和同學間相互交流的機會,使活動真正成為學生學習的載體。5.音樂、語言、認知智力方面的表現(xiàn)所謂“異步性”,是針對學生的差異而言的。每個學生都是一個獨特的世界。按照霍華德·加德納的多元智力理論,可以把智力歸為八種類型。每一個學生都有自己的智力強項,有的表現(xiàn)在語言、數(shù)理智力方面,有的表現(xiàn)在音樂、身體平衡智力方面,有的表現(xiàn)在人際交往智力方面。借鑒這一理論,結(jié)合我國當前的教育情況,盡管不可能實施個別化教學設(shè)計,但是在教學過程的關(guān)鍵處,按照特定教學內(nèi)容、特定學習活動的需要,可以打破“齊步走”的格局,設(shè)計“異步運行”的學習環(huán)節(jié),既給“腿長”的學生放行,使他們能在班級“方陣”中超前領(lǐng)跑,又給“腿短”的學生提供相應的個別輔導,使他們能實現(xiàn)既定目標。6.教學內(nèi)容和作業(yè)設(shè)計傳統(tǒng)的教學設(shè)計是封閉的,教學諸因素的聯(lián)結(jié)都被限定在規(guī)定的時間內(nèi)和教室的狹小空間中。新課程理念下的教學設(shè)計強調(diào)開放性。第一是教學內(nèi)容的開放。教學設(shè)計要考慮教材內(nèi)容與兒童生活世界和社會現(xiàn)實的溝通;要促進文本中負載的間接經(jīng)驗和教師的知識智慧與學生的經(jīng)驗的互動;要注重吸納現(xiàn)代化物質(zhì)文明、政治文明、精神文明的最新成果,以解決教材內(nèi)容相對滯后的狀況。第二是教學流程的開放。第三是作業(yè)練習的開放。要多安排實踐作業(yè)、具有多元答案的作業(yè)以及項目設(shè)計、活動創(chuàng)意性作業(yè)。7.課程設(shè)計要體現(xiàn)三維目標教學設(shè)計的整合性,主要包括兩個方面:一是教學目標的整合,既要解決偏重認知目標而淡化或取消相關(guān)目標的傾向,又要防止矯枉過正,只看重情感、態(tài)度、價值觀目標而淡化知識、技能、過程、方法目標,教學設(shè)計要真正體現(xiàn)三維目標的內(nèi)在整合,這是課程設(shè)計的靈魂所在;二是學習方式的整合,教學設(shè)計要針對具體的課程和教學內(nèi)容特點,將“自主、合作、探究”的主流學習方式與接受學習方式加以組合,使之互補。四、本文在概念轉(zhuǎn)變理論下的課程設(shè)計中的闡明1.預先確定的線性教學過程設(shè)計產(chǎn)生的原因傳統(tǒng)教學系統(tǒng)設(shè)計傳承了牛頓經(jīng)典力學的機械論、還原論、確定論等思想,很自然地認為教學系統(tǒng)是一個線性的、封閉的、靜止穩(wěn)定的、可確定的、可預測的系統(tǒng),認為只要按照既定的教學程序,對學習者施加干預與影響,就可能得到預期的學習結(jié)果。事實上,學習者的個體差異,如傾向性、努力度、已有的知識以及大量的才能傾向形式,以一種混沌的形式,相互交織在一起,共同發(fā)揮作用,影響著每一個學習事件。預先確定的線性教學過程設(shè)計很容易被教學中的混沌事件所顛覆,導致教學過程難以預測。從混沌理論的視角看,教學系統(tǒng)應是一個非線性的、開放的、動態(tài)不穩(wěn)定的、不可預測的、不可確定的、整體的、復雜的學習系統(tǒng)。2.運用聚蝶效應,引導學生建立正確的認知結(jié)構(gòu)。防止蝴蝶效應強調(diào)對初始條件的敏感性,學生在學習過程中,由于某種初始條件的刺激,發(fā)生蝴蝶效應,教師應認真對待這種思維火花,加以正確引導。否則,就會使學生的發(fā)散性思維、逆向性思維被束縛、被禁錮;敢于沖破傳統(tǒng)、藐視權(quán)威的新思想、新觀念被貶斥、被扼殺;大膽幻想的翅膀被折斷,作為認知主體的學生其主動性無從發(fā)揮。因此,教師應有意識地運用蝴蝶效應,引導學生建立正確的認知結(jié)構(gòu)。這就要求教師更新知識,提高自身素質(zhì),創(chuàng)造性地應用線性與非線性教學模式,培養(yǎng)適應時代要求的人才。3.圖式學習與自調(diào)、圖式遷移相結(jié)合的基本理論元認知是學習者對自己認知過程理解、控制和操作的知識與能力的自覺意識。元認知可以分為元記憶、元理解、自調(diào)、圖式訓練和遷移幾個主要部分。元記憶是學習者的記憶系統(tǒng)與行為策略的知識和自覺意識;元理解是關(guān)于知識理解和如何理解的意識過程;自調(diào)是指學生運用元認知進行自反饋,并通過自反饋調(diào)整自我意識的能力;圖式訓練是從概念的理解而發(fā)展的認知結(jié)構(gòu);遷移是學習的效果,是一種學習對另一種學習的影響。因此,在教學內(nèi)容和教學策略的安排中,教師應根據(jù)具體情況采用不同的教學方法,例如在元記憶、元理解、自調(diào)、圖式訓練和遷移方面,有意識地設(shè)計具有針對性的能力訓練,如做中學、發(fā)現(xiàn)式教學、隱喻式教學、探究式教學、討論式教學等等。分形中最重要的概念之一就是自相似性,每一局部的形態(tài)與整體的形態(tài)相似,在一定程度上,部分是整體的再現(xiàn)或縮影。可見脫離整體系統(tǒng)分析部分,意義是不大的,教學設(shè)計過程應更多地反映學習過程中動態(tài)的、不可預測的方面,將不可預測的教學事件整合到動態(tài)關(guān)系之中,增加其靈活性,而不是一步步的流程圖。4.認知建構(gòu)的能力教學評價是以教學目標為依據(jù),對教學過程及結(jié)果進行評測的過程,具有診斷、激勵、調(diào)控和再學習等功能,分為診斷性評價、形成性評價和總結(jié)性評價。在教學設(shè)計的復雜系統(tǒng)中,特別是針對蠣線性的教學過程,評價不能簡單地認為是考查對某些書本知識的掌握情況,重要的是考查學生在這一問題上的認知建構(gòu)能力。也就是說從奇怪吸引子的認知觀點出發(fā),允許學生學習結(jié)果的不同情況的出現(xiàn),甚至與原設(shè)計輸出有很大出入的認知建構(gòu),這時教師和學生可以平等地討論輸出結(jié)果,或許是學生的錯誤,或許是蝴蝶效應的出現(xiàn)。通過對教學評價的討論,引導學生進行正確的圖式訓練,用自調(diào)的方式獲得相應的認知建構(gòu),這對培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維十分有利。五、改變自身的思考視角和拓展思維視野以上從混沌理論