基于混沌理論指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘要】：傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)往往缺乏靈活性、開放性和多元性，已經(jīng)不再適用于科技飛速發(fā)展的今天。而混沌理論則具有非線性、對(duì)初始條件異常敏感、分形、正反饋、臨界點(diǎn)等特性，它已經(jīng)成為當(dāng)前教學(xué)設(shè)計(jì)研究的熱點(diǎn)之一。利用混沌理論指導(dǎo)教學(xué)設(shè)計(jì)，才能更好的優(yōu)化教師的教學(xué)過程，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展。本文簡(jiǎn)要介紹了混沌理論的定義，并通過蝴蝶效應(yīng)、分形、奇異吸引子這三個(gè)概念，分別探討了它們?cè)趯W(xué)習(xí)者、目標(biāo)、策略和評(píng)價(jià)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】：混沌理論；教學(xué)設(shè)計(jì)；奇異吸引子

一、混沌理論定義

混沌理論是20世紀(jì)三大重要基礎(chǔ)科學(xué)之一，另外兩個(gè)分別是相對(duì)論和量子論?；煦绮淮砘靵y、沒有規(guī)則、毫無邏輯。錢學(xué)森曾說過，混沌是宏觀無序、微觀有序的現(xiàn)象。德國(guó)物理學(xué)家哈肯說：“混沌行為來源于決定性方程的無規(guī)運(yùn)動(dòng)?！被煦缋碚摼哂杏行蚺c無序的辯證統(tǒng)一、穩(wěn)定與不穩(wěn)定的辯證統(tǒng)一、確定性與隨機(jī)性的辯證統(tǒng)一的哲學(xué)意義。我們所熟知的心電圖、毛細(xì)血管、股市升降、電閃雷鳴等都呈現(xiàn)出混沌性，混沌系統(tǒng)存在于自然界和整個(gè)社會(huì)中，是一種普遍存在的現(xiàn)象?；煦缋碚撝杏腥齻€(gè)概念是十分值得我們?nèi)リP(guān)注的：蝴蝶效應(yīng)、分形、奇異吸引子。

（一）“蝴蝶效應(yīng)”

1963年的某個(gè)冬天，美國(guó)的氣象學(xué)家洛倫茲發(fā)現(xiàn)了一個(gè)有趣的現(xiàn)象——“蝴蝶效應(yīng)”，并在之后發(fā)表了“決定性的非周期流”一文，闡述了“對(duì)初始條件異常敏感”的觀點(diǎn)?；煦缋碚撜J(rèn)為：在混沌系統(tǒng)中，初始條件十分微小的變化經(jīng)過不斷放大，對(duì)其未來狀態(tài)會(huì)造成極其巨大的差別。也就是說，在非線性動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)中，只要系統(tǒng)的初始條件發(fā)生了細(xì)微的變化就可能引起整個(gè)系統(tǒng)的大變化，最終得到的結(jié)果就會(huì)與原來預(yù)測(cè)的結(jié)果完全不一樣。

（二）分形

分形（Fractal）一詞，是曼德勃羅（B.B.Mandelbrot）創(chuàng)造出來的，這個(gè)詞的原意是不規(guī)則的、支離破碎的。分形具有自相似原則和迭代生成原則，并且具有兩個(gè)普通的特征，一是它們至始至終都是不規(guī)則的，二是在不同的尺度上，不規(guī)則程度卻是一個(gè)常量。

分形自創(chuàng)立以來，被廣泛的運(yùn)用于各個(gè)領(lǐng)域，并取得了一定的成效。例如在工程技術(shù)中，分形能夠用來判定機(jī)械故障；在經(jīng)濟(jì)管理中，分形能夠用來分析股票和證券；在化學(xué)中，分形能夠運(yùn)用于生物催化方面。分形在其他領(lǐng)域中已經(jīng)發(fā)揮出重要的作用，解決了一些懸而未決的難題。所以只要合理運(yùn)用分形的特性，它將會(huì)在教育系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。

（三）奇異吸引子

奇異吸引子，又可稱為混沌吸引子、奇怪吸引子、洛倫茲吸引子。它使系統(tǒng)偏離收斂性吸引子（吸引子的一種）的區(qū)域而導(dǎo)向不同的性態(tài)。并通過誘發(fā)系統(tǒng)的活力，使其變?yōu)榉穷A(yù)設(shè)模式，從而創(chuàng)造了不可預(yù)測(cè)性。奇異吸引子具有對(duì)初始條件變化的敏感性和非整數(shù)維、自相似性的特點(diǎn)。

二、教學(xué)設(shè)計(jì)定義

教學(xué)設(shè)計(jì)，也稱為教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、教學(xué)系統(tǒng)開發(fā)、教學(xué)開發(fā)。教學(xué)設(shè)計(jì)的定義是應(yīng)用系統(tǒng)方法分析、研究教學(xué)的問題和需求，確定解決它們的教學(xué)策略、教學(xué)方法和教學(xué)步驟，并對(duì)教學(xué)結(jié)果作出評(píng)價(jià)的一種計(jì)劃過程與操作程序。教學(xué)設(shè)計(jì)的基本模式都具有“學(xué)習(xí)者、目標(biāo)、策略和評(píng)價(jià)”這四個(gè)基本要素。

三、混沌理論對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)的啟示

長(zhǎng)期以來，教學(xué)系統(tǒng)一直被看作為線性系統(tǒng)，教師按照教學(xué)設(shè)計(jì)規(guī)定的要求去設(shè)計(jì)教學(xué)，認(rèn)為通過運(yùn)用這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，學(xué)生就能成長(zhǎng)為社會(huì)所需要的優(yōu)質(zhì)人才?；煦缋碚摰某霈F(xiàn)，讓我們驚覺，教育系統(tǒng)不是一個(gè)線性系統(tǒng)，而是一個(gè)混沌系統(tǒng)。教育系統(tǒng)中存在著太多的未知變量，其中學(xué)生就是最大的變量。教師不應(yīng)該再用一把尺子去丈量所有的學(xué)生，而應(yīng)該根據(jù)學(xué)生的個(gè)性特點(diǎn)去培養(yǎng)學(xué)生。

（一）重視學(xué)習(xí)者元認(rèn)知能力

1976年，美國(guó)發(fā)展心理學(xué)家弗拉維爾（Flavell）在《認(rèn)知發(fā)展》一書中提出了“元認(rèn)知”這個(gè)概念之后，一直被研究者廣泛的進(jìn)行探討。元認(rèn)知包括三個(gè)基本要素：元認(rèn)知技能、元認(rèn)知知識(shí)和元認(rèn)知體驗(yàn)。人的思維具有分形的特性，在教學(xué)設(shè)計(jì)中教師可以有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生的元認(rèn)知能力，有意識(shí)地利用分形迭代的思維方法，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知的蝴蝶效應(yīng)發(fā)生。因?yàn)槊總€(gè)學(xué)習(xí)者都具有不同的元認(rèn)知能力，所以教師可以通過觀察學(xué)習(xí)者，對(duì)學(xué)習(xí)者進(jìn)行幫助，讓他們可以根據(jù)自身的特性，套用適合自己的思維模式和學(xué)習(xí)方式，高效的進(jìn)行學(xué)習(xí)。

（二）制定多維度的教學(xué)目標(biāo)

現(xiàn)行教學(xué)設(shè)計(jì)中的三維目標(biāo)包括知識(shí)與技能目標(biāo)，過程與方法目標(biāo)，情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)。傳統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)在編寫的過程中，容易側(cè)重知識(shí)與技能目標(biāo)，更多關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)到的顯性知識(shí)，忽視隱形知識(shí)。但是，由于學(xué)生是不同的個(gè)體，他們的注意力集中程度、知識(shí)基礎(chǔ)、認(rèn)知水平等都不盡相同，所以必須制定多維度的教學(xué)目標(biāo)，來促進(jìn)學(xué)生全面而有個(gè)性的成長(zhǎng)。

（三）實(shí)施合理的教學(xué)策略

對(duì)初始條件異常敏感是混沌理論的特征之一，教師選定的教學(xué)策略既要符合專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)的要求，又要符合學(xué)習(xí)者的身心發(fā)展情況。教學(xué)策略不應(yīng)該是硬性的策略，而是隨著學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)情況靈活應(yīng)變的策略。教師應(yīng)該根據(jù)教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)目標(biāo)以及學(xué)習(xí)者的需要，合理的選擇線性或非線性的教學(xué)設(shè)計(jì)，考慮多種教學(xué)策略，使教與學(xué)的雙邊活動(dòng)達(dá)到最優(yōu)化。

（四）進(jìn)行有效的教學(xué)評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)的教學(xué)評(píng)價(jià)一般都是教師對(duì)學(xué)生進(jìn)行評(píng)價(jià)，普遍側(cè)重于對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)成績(jī)的評(píng)價(jià)，缺少學(xué)生對(duì)教師的評(píng)價(jià)以及學(xué)生對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)普遍具有單一性、片面性、程序化等特點(diǎn)。因?yàn)檎n堂教學(xué)的整個(gè)過程是不可預(yù)測(cè)的，很小的變化可能會(huì)造成整個(gè)課堂教學(xué)的巨大變化，所以課堂教學(xué)評(píng)價(jià)不應(yīng)該只注重課堂的結(jié)果，還應(yīng)該重視課堂教學(xué)的過程。教師可以從奇異吸引子的認(rèn)知觀點(diǎn)出發(fā)，允許學(xué)生在課堂上出現(xiàn)不一樣的觀點(diǎn)，這對(duì)于學(xué)生形成發(fā)散性思維是十分有利的。有效的課堂教學(xué)評(píng)價(jià)有助于提高課堂教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展，是課堂教學(xué)中必不可少的環(huán)節(jié)。

四、總結(jié)

總之，混沌理論不是混亂理論，它在有序中產(chǎn)生無序，在無序中體現(xiàn)著有序?；煦缋碚摰某霈F(xiàn)，解釋了許多之前無法解釋的現(xiàn)象?；诨煦缋碚撝笇?dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)有助于學(xué)生的身心發(fā)展，有助于教師的專業(yè)成長(zhǎng)，有助于提高課堂教學(xué)的教學(xué)質(zhì)量。混沌理論為教學(xué)設(shè)計(jì)研究提供了新的視角和新的發(fā)展方向，但混沌理論在教學(xué)設(shè)計(jì)中研究的深度和廣度還不夠，對(duì)于未來我們還需要不斷努力。

參考文獻(xiàn)：

[1]伊·普里戈金和伊·斯唐熱著.曾慶紅，沈小峰譯.從混沌到有序——人與自然的新對(duì)話[M]. 上海譯文出版社，1987.

[2]鐘志賢.闡釋學(xué)、模糊邏輯、混沌理論與教學(xué)設(shè)計(jì)[J].電化教育研究，2004（2）：9-14.

[3]高文，王海瀾.混沌學(xué)與教育系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].外國(guó)教育資料，1996（4）：41-44.

[4]謝幼如.教學(xué)設(shè)計(jì)原理與方法[M].高等教育出版社，2016.

[5]何克抗.從信息時(shí)代的教育與培訓(xùn)看教學(xué)設(shè)計(jì)理論的新發(fā)展（下）[J].中國(guó)電化教育，1998（12）：9-13.

[6]汪玲，郭德俊.元認(rèn)知的本質(zhì)與要素[J].心理學(xué)報(bào)，2000（4）：458-463.

[7]羅發(fā)奮，隋春玲，劉丙利.混沌學(xué)基本原理應(yīng)用于教學(xué)設(shè)計(jì)的若干思考[J].電化教育研究，2007（2）：81-84.