耗散結構理論視野下的物理有效教學

杜愛慧

(河南師范大學物理與信息工程學院 河南新鄉(xiāng) 453007)

隨著課程改革的進一步深入和素質教育的全面推進，要求減負增效的呼聲越來越高．有效教學的核心就是提高教學的效益，它追求的是學生所獲得的進步和發(fā)展;學生進步越大，教學就越有效．那么，如何在有限的教學中收到最大的教學效益呢?筆者認為，從耗散結構理論出發(fā)，讓學生的思維系統(tǒng)全方位開放，處于非平衡狀態(tài)，以及努力促使學生思維的自組織過程是提高物理教學效率的有效策略之一．

1 耗散結構理論

1969年比利時學者普利高津創(chuàng)立了“耗散結構”理論．耗散結構理論認為:一個遠離非平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)，只要通過不斷地交換物質與能量，在外界條件變化達到一定的閾值時，系統(tǒng)可以產生突變，從原有的混沌無序狀態(tài)轉變?yōu)楦呒壍挠行驙顟B(tài);有序的組織可以通過一個自組織過程從無序和混沌中自發(fā)地產生出來．這種在遠離平衡情況下形成的新的有序結構，依靠不斷地耗散外界的物質和能量來維持，即為耗散結構．耗散結構是動態(tài)的結構，開放與非平衡是其形成的必要條件．

現(xiàn)代教育科學研究認為，人腦系統(tǒng)是一個耗散結構，伴隨著負熵的輸入，就會導致系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，進而能有效地吸納新知識，解決新問題，實現(xiàn)由簡單到復雜，從無序到有序．人的學習過程是一個遠離平衡、不斷形成新的有序結構的過程．因此，物理教學中，要使學生積極主動的參與教學，實現(xiàn)“學生是主體，教師是主導”的課改理念，教師就必須善于設置各種物理問題情境，充分培養(yǎng)學生的興趣;即從教學以外輸入持續(xù)學習的能量，通過教學組織的有序保持，使學生形成一個有序的、穩(wěn)定的自組織過程，從而提高教學的質量，達到教師有效教學與學生有效學習的可持續(xù)良性互動．例如，可根據(jù)教學內容，設計一些開放性、富有挑戰(zhàn)性、趣味性、實用性的問題，引發(fā)學生的認知沖突，打破學生思維上的平衡狀態(tài)，使學生的大腦思維系統(tǒng)充分有效地開放，處于矛盾不斷產生又不斷解決的動態(tài)過程中，促使學生處于積極的思維狀態(tài);讓學生在生疑、質疑、釋疑的困惑中，使信息流從各個渠道輸人大腦中，使思維從無序向有序演化，最終實現(xiàn)突變、升華．可見，運用耗散結構理論來指導物理教學，研究學生的認識過程怎樣才能從混沌無序逐步轉變?yōu)橛行?，將給物理課堂教學帶來新的勃勃生機，也將提高物理教學的“效率”和學生的學習績效，做到教師的有效教學和學生的有效學習．

2 耗散結構理論視野下物理有效教學的策略

2． 1 讓學生的思維系統(tǒng)全方位開放 廣泛地攝入大量信息

耗散結構理論認為，提高系統(tǒng)有序度的關鍵是系統(tǒng)的開放．只有通過與外界不斷進行物質、能量和信息的交流，系統(tǒng)才具有勃勃生機，才能不斷地向前發(fā)展．因此，在整個物理教學中必須促進學生思維系統(tǒng)的全方位開放，更加廣泛而有效地獲得更多的物理信息，從而使學生的大腦始終處于積極主動的思維狀態(tài)．

要有效地開放學生的思維系統(tǒng)，必須拓展教學的時間和空間，拓寬教學的視野，增大信息的輸入量．在物理教學中，教師可以從以下幾方面展開．

首先，要保證信息輸入的多渠道．除了在課堂上、物理實驗中獲取信息外，教師還可以引導學生從日常生活中、從多種媒介中以及從調查實踐中來獲取信息，盡量把課堂教學和課外學習結合起來，把理論學習和觀察實驗聯(lián)系起來，把物理教學從課堂延伸到課外，從校內擴展到校外．教師可以讓學生關注日常生活，分析有哪些學過的物理知識和原理;通過各種媒介，了解物理教學領域的最新進展;利用一些難得的機會，做一些有益的觀察和思考．例如教師可引導學生對生活中點綴夜晚的街頭門市或沿街樹木的彩燈進行觀察和思考．常見的“滿天星”式的小燈泡一串足有四五十個，夜晚亮起時很是漂亮．這種燈飾有的是并聯(lián)，有的是串聯(lián)．但奇怪的是這些串聯(lián)的小燈泡，當其中的一個燈絲燒毀不再發(fā)光時其余的燈泡卻仍能正常發(fā)光，只是看上去略微暗一些而已．這個現(xiàn)象似乎違反了串聯(lián)電路規(guī)律，當然也與學生原來儲存的信息發(fā)生了沖突．教師則可引導學生，深入研究其原因．

其次，要保證信息的刺激有足夠的強度．這既要求教師要注意保證教學媒體有一定的直觀性和可觀性，也要求教師要注意以有聲有色、圖文并茂的綜合信息同時或交替地給學生感覺器官以不同形式的、反復的刺激，促進學生耳目并用;還要求教師加強操作、制作等實踐活動，促進學生手腦并用．

再次，要注意講究教學方法．教師在對學生輸入信息的過程中，要講究教學的藝術性，力求給學生提供生動有趣、具體形象的信息，以便最大限度地引起學生的無意注意．

最后，要注意培養(yǎng)學生的非智力因素．非智力因素所包括的明確的學習動機、濃厚的學習興趣、高度的注意力、頑強的意志力以及勇于進取、自信而又虛心的良好心理品質等，都可有效地促使學生想學、樂學、會學，當然也可促進學生思維系統(tǒng)的全方位開放和廣泛地攝入大量信息．

2． 2 讓學生的思維系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài) 與外界環(huán)境進行信息交換

普利高津認為:“非平衡是有序之源”．當系統(tǒng)處于遠離平衡的非平衡狀態(tài)時更加有利于信息量的輸入，從而達到更為有序的狀態(tài)．在物理教學中，如果全體學生都急切要解決問題或者以驚奇的心情來聽教師的講課，即學生思維處于高度的非平衡狀態(tài)，則學生、教師、教材和教法、學法之間就會產生最大共鳴，學生的認知結構便會隨著認知矛盾的解決進入更高的有序狀態(tài)．因而在物理教學中應根據(jù)學科特點、教學內容和學生的具體情況，想方設法構建思維的非平衡狀態(tài)．

在物理教學中，教師可以從新課引入、課堂講授中以及課堂結尾處精心設計，使學生思維系統(tǒng)處于高度非平衡狀態(tài)．在各個環(huán)節(jié)具體實施時，教師可以采用的方法有以下幾種．

(1)思維激活教學法．興趣是最好的老師．要啟動學生的思維，一般都是從有趣的問題開始．思維激活教學法就是多渠道、多層次、多方位地激勵學生興趣，活化理性思維，開發(fā)創(chuàng)造意識．這樣很容易使學生處于平衡的思維系統(tǒng)立刻打破，出現(xiàn)高度非平衡狀態(tài)．此時，學生興趣陡漲，認識平衡打破，你一言我一語地討論開了．

(2)驚奇實驗強化法．人的大腦接觸新刺激，易出現(xiàn)優(yōu)勢興奮中心;此時大腦的勞動便處于緊張而愉快的狀態(tài)．驚奇實驗強化法就是運用教學手段處理物理問題，借助實驗過程中反應出的與學生原有認識結構相矛盾的物理現(xiàn)象，讓學生的感官及認知處于強烈的非平衡狀態(tài)，以致印象深刻，難以忘懷，從而有助于加深對物理問題本質的認識．

(3)矛盾情境訓練法．教師針對學生容易出現(xiàn)的錯誤進行教學設計，產生矛盾情境，使學生深刻地認識錯誤，提高科學思維及求異思維能力;其目的在于促使學生的思維系統(tǒng)遠離非平衡狀態(tài)之后達到更高的有序狀態(tài)．當然，在采用以上方法的同時，教師可以重點從舉例、提問、實驗以及物理計算等方面來構建學生的非平衡態(tài)．例如“自由落體運動規(guī)律”的教學，部分學生原有的信息是重的物體比輕的物體下落得快．在課堂上，學生通過觀察教師的演示，把紙片揉成團時，可以看到紙團幾乎與小石子同時落地．這樣學生原來的錯誤信息與此時教師給予的信息產生矛盾，學生接收到的信息是并非重的物體比輕的物體下落得快．同時，通過教師用抽成真空的牛頓管中羽毛和小石子下落的進一步演示，學生又獲得了一個更完整的信息:如果無空氣阻力，不同的物體在同一高度處下落速度的快慢是相同的．

2． 3 努力促使學生思維的自組織過程 擺正學生學習主體的位置

耗散結構是“活”的非平衡的有序結構，它是一種自組織現(xiàn)象．因而開放系統(tǒng)遠離平衡狀態(tài)下，一旦信息的輸入達到一定的閾值，系統(tǒng)可突變，由原來的無序狀態(tài)轉變?yōu)橛行驙顟B(tài)，這種自行產生的組織性的現(xiàn)象為自組織現(xiàn)象，自組織就能產生新的結構．學生思維系統(tǒng)是一個開放系統(tǒng)，學生可通過多種途徑從外界吸收各種物理信息經(jīng)過加工處理，納入大腦知識體系之中，形成新的知識結構．這就是學生思維的自組織過程．因此，從這個意義上說，創(chuàng)設思維的非平衡態(tài)本身并不是目的，目的是以此為基礎，通過積極有效的信息交換，使學生思維實現(xiàn)更高層次上的平衡．

傳統(tǒng)教學中教師是中心，學生的積極性、主動性、創(chuàng)造性往往被壓抑．耗散結構理論恰恰相反，它十分強調學生在學習過程中的自組織過程，認為學生的這個自組織過程是教師不應當也不可能越俎代庖的．耗散結構理論進一步明確了學生在學習中的主體地位，讓學生最大限度地動口、動手、動腦，自組織地參與到學習中來，徹底改變了以教師為中心的一言堂教學狀況．俗話說:“師傅領進門，修行在個人”．這個“修行在個人”就是耗散結構理論中指出的相對應的“自組織過程”——這是創(chuàng)造性人才不可缺少的素質．

在教學中，教師要在充分調動學生學習內驅力的前提下，讓學生在學習中分析研究知識信息，探索知識“黑箱”的內部規(guī)律，促進思維發(fā)展;同時，激發(fā)起學生不斷探索未知、獲得真理的強烈愿望．物理教師可以從以下幾方面操作．

首先，在課堂教學中促進學生的“自組織”過程．課堂教學中教師可以針對某些章節(jié)采取以學生為主的學習方法，把提綱給學生，讓學生自己閱讀，自己組織內容，自己完成教學內容，然后通過討論和教師點評，綜合歸納內容．這樣既增強了學生學習的主動性，又調動了他們的積極性，對于促進他們的“自組織”過程和自學能力大有益處．

其次，在探究實驗中促進學生的“自組織”過程．物理新教材中增添了大量的探究性實驗，教師可以通過教學要求努力發(fā)揮學生的主觀能動性，積極的引導他們自主探究，促進學生的“自組織”過程和探究能力．例如在某些實驗設計時，教師可以只提出實驗目的，由學生設計實驗方法．不少探究實驗學生完全可以根據(jù)自己所學的物理知識，獨立地或在教師啟發(fā)下，設計出各種實驗方案，成功地解決物理實驗問題，從而產生成功后的喜悅，激發(fā)起更大的學習熱情，成為進一步學習的強勁動力．同時，實驗設計中即使存在問題，在實驗中也可以不斷的得以修正，進一步提高了學生的自主性和探究能力，而此時學生的“自組織”過程也到達了頂峰．

最后，因材施教促進所有學生的“自組織”過程．對于個性不同的學生，如果采取基本相同的教學方法則會使很多學生失去個性．沒有個性也就沒有學習上的創(chuàng)新，而創(chuàng)新的過程需要一種非平衡機制．在教學中，教師應堅持因勢利導、因材施教的原則，認真了解所有學生的狀況，適時地采用分層次教學，由淺入難，逐步深入，積極地促進所有學生的“自組織”過程．

總之，物理教學是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的基礎性工程．將耗散結構理論引入到中學物理教學中，從根本上擺正了學生的主體地位，使學生的主動性、積極性、創(chuàng)造性都達到了最佳狀態(tài)．從認識結構的非平衡到平衡狀態(tài)，從無序發(fā)展到有序，從低級進化到高級，一步步將耗散結構理論的精華融入到物理教學中，最終達到提高教學質量的目的，做到有效教學．

1 沈小峰，胡崗，姜璐．耗散結構論．上海:上海人民出版社，1987

2 汪嶸．淺談耗散結構理論在化學教學中的應用．化學教學，2008(3):14 ～16