系統(tǒng)思維與問(wèn)題解決的關(guān)系研究

秦笑春　夏季云

摘 要：系統(tǒng)思維是以系統(tǒng)論為基本模式的一種辯證思維，它是還原論和整體論、定性描述與定量描述、局部描述與整體描述的對(duì)立統(tǒng)一。系統(tǒng)思維是問(wèn)題解決時(shí)知識(shí)應(yīng)用的思維框架，能幫助學(xué)生從整體上理解問(wèn)題解決過(guò)程，提高問(wèn)題解決能力。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)思維；問(wèn)題解決；層次結(jié)構(gòu)；元素集合；關(guān)系集合；整體性

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2019）1-0057-3

1 引 言

系統(tǒng)思想一直是中國(guó)文化的核心。例如，中國(guó)漢字的音、形、義整合，儒家、道家的天人合一觀點(diǎn)，孫子兵法中“不謀萬(wàn)世者，不足謀一時(shí)；不謀全局者，不足謀一域”的整體性謀略等，無(wú)不展示了中國(guó)社會(huì)文化中的系統(tǒng)思想。而錢(qián)學(xué)森認(rèn)為系統(tǒng)是指由一些相互關(guān)聯(lián)、相互作用、相互影響的組織部分構(gòu)成并具有某些功能的整體，系統(tǒng)在客觀世界中是普遍存在的。

教育心理學(xué)的眾多理論都具有整體性的層次結(jié)構(gòu)。例如，問(wèn)題表征中的文字表征、樸素表征、科學(xué)表征、數(shù)學(xué)表征的層次結(jié)構(gòu)。在SOLO分類(lèi)理論中的前結(jié)構(gòu)、單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)、關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)和抽象拓展結(jié)構(gòu)，構(gòu)成了點(diǎn)、線(xiàn)、面、立體的層次結(jié)構(gòu)。物理核心素養(yǎng)由物理觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究和科學(xué)態(tài)度與責(zé)任構(gòu)成，每個(gè)組成部分還有更多的下位概念，從而構(gòu)成了一個(gè)系統(tǒng)化、立體式的層次結(jié)構(gòu)。我們將從問(wèn)題解決角度來(lái)研究系統(tǒng)思維的含義以及它的重要性。

2 系統(tǒng)與系統(tǒng)思維

系統(tǒng)思維是一種以系統(tǒng)論為基本模式的思維形態(tài)，它將認(rèn)知對(duì)象從環(huán)境中剝離出來(lái)看作一個(gè)系統(tǒng)，考查系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)思維是還原論和整體論、定性描述與定量描述、局部描述與整體描述、確定性描述與不確定描述的對(duì)立統(tǒng)一[1]。

2.1 系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)存在于一定的環(huán)境中，與環(huán)境存在著物質(zhì)、能量、信息的相互作用。由于人思維容量的有限性，研究系統(tǒng)時(shí)需要給系統(tǒng)設(shè)置一個(gè)邊界，將它從環(huán)境中隔離出來(lái)。系統(tǒng)邊界圈定了研究的范圍，即限定了元素間相互作用的范圍。復(fù)雜系統(tǒng)的信息容量非常大，往往也需要?jiǎng)澐殖龆鄠€(gè)子系統(tǒng)來(lái)分批次研究，即在大系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)定子系統(tǒng)的邊界，劃分出若干個(gè)子系統(tǒng)。既要研究子系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)聯(lián)（局部描述），也要研究子系統(tǒng)間的關(guān)聯(lián)（整體描述），進(jìn)而可確定所有元素間的關(guān)系結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)思維的層次性體現(xiàn)了思維的深刻性，是復(fù)雜問(wèn)題分析的關(guān)鍵思想之一。與層次性相關(guān)的是系統(tǒng)的涌現(xiàn)性，而涌現(xiàn)出的新內(nèi)容對(duì)該層次上的知識(shí)應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。例如，應(yīng)用物理規(guī)律解決問(wèn)題的過(guò)程中將涌現(xiàn)出物理觀念，而形成的物理觀念能指導(dǎo)物理規(guī)律的應(yīng)用。

2.2 系統(tǒng)的元素集合與關(guān)系集合

組成既定系統(tǒng)的各個(gè)相互關(guān)聯(lián)的組織部分，被稱(chēng)為元素或要素。元素是系統(tǒng)的基本構(gòu)建單元，無(wú)需再細(xì)分的最小組成部分，具有一定的獨(dú)立性。元素是相對(duì)于層次而言的，在低層次上的子系統(tǒng)可視為高層次中的元素。系統(tǒng)元素集合的確立是進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)。

系統(tǒng)中各元素間并不完全孤立，具有關(guān)聯(lián)性，而元素間的關(guān)聯(lián)性可降低或消除系統(tǒng)中的不確定性。物理系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性主要是通過(guò)物質(zhì)、能量、信息的傳遞和交流來(lái)體現(xiàn)，具體包括反映了元素間關(guān)系的基本規(guī)律，以及更深層次上反映了規(guī)律間關(guān)系的基本觀念等。關(guān)聯(lián)性是思維的重要特征，體現(xiàn)了思維的批判性、靈活性、深刻性、創(chuàng)新性等品質(zhì)。例如，批判性思維強(qiáng)調(diào)自我反思，而反思的對(duì)象是系統(tǒng)中的關(guān)聯(lián)性，用已知的知識(shí)、手段去驗(yàn)證該關(guān)系正確與否，而不是一味地接受他人所呈現(xiàn)的關(guān)聯(lián)性。關(guān)聯(lián)性也能體現(xiàn)出思維的靈活性與創(chuàng)新性。創(chuàng)新是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)元素間關(guān)系的解構(gòu)與重組，從新的角度建立元素集合和關(guān)系集合。如果某種關(guān)聯(lián)跳出了現(xiàn)有的框架，讓人耳目一新，這就是創(chuàng)新。

理性思維、深度學(xué)習(xí)、元認(rèn)知等，本質(zhì)上是在較深層次上進(jìn)行元素集合與關(guān)系集合的建構(gòu)過(guò)程中涌現(xiàn)出的一些觀念，它們能引導(dǎo)學(xué)生建立正確的認(rèn)知。

2.3 系統(tǒng)思維

系統(tǒng)思維要求能從整體性上理解系統(tǒng)中的層次結(jié)構(gòu)，劃分出子系統(tǒng)；能完成各個(gè)子系統(tǒng)中定量的、局部的描述；能從整體上建立起各個(gè)局部描述間的關(guān)系，完成整體性描述。既要確定系統(tǒng)邊界，劃分出子系統(tǒng)，也要在不同層次上研究系統(tǒng)的元素集合和關(guān)系集合?？梢园l(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)思維是知識(shí)提取與應(yīng)用的框架。

系統(tǒng)思維是一種立體性思維。一個(gè)復(fù)雜的物理問(wèn)題往往會(huì)涉及到多個(gè)領(lǐng)域（層次），在每個(gè)領(lǐng)域中，物理觀念不僅能確定問(wèn)題分析的范圍，還能指導(dǎo)物理規(guī)律的應(yīng)用，用若干個(gè)數(shù)學(xué)方程來(lái)完成定量的、局部的描述。在更高層次上，從整體上定性地分析不同領(lǐng)域間的關(guān)系，將所有層次上的數(shù)學(xué)方程整合起來(lái)，最終用多元方程組來(lái)表征該問(wèn)題的關(guān)系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)整體性描述。

教學(xué)中發(fā)現(xiàn)，學(xué)習(xí)有困難的學(xué)生都是只關(guān)注到局部關(guān)系的建構(gòu)，易陷入到有偏差的、缺乏整體性的問(wèn)題表征中，不能從局部思維中退出來(lái)，更不能從整體上對(duì)問(wèn)題進(jìn)行理解，導(dǎo)致問(wèn)題表征停步不前。

2.4 自組織下的系統(tǒng)思維

系統(tǒng)是在外界的物質(zhì)流、能量流和信息流的作用下發(fā)生演化的，可分為他組織與自組織。他組織強(qiáng)調(diào)外界對(duì)系統(tǒng)的影響，而自組織強(qiáng)調(diào)內(nèi)部非線(xiàn)性的組織力。教學(xué)中既要注重他組織，也要注重自組織，兩者相輔相成。如教案、教學(xué)設(shè)計(jì)等強(qiáng)調(diào)的是他組織，注重控制的內(nèi)容、過(guò)程、形式、反饋等外界對(duì)學(xué)習(xí)的影響；而自組織強(qiáng)調(diào)學(xué)習(xí)的自主性，如教學(xué)中注重激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、好奇心等內(nèi)驅(qū)力，關(guān)注課堂中的合作、交流與生成等。

動(dòng)態(tài)性是系統(tǒng)的特征，用動(dòng)態(tài)的、發(fā)展的眼光看問(wèn)題是人需要具備的核心素養(yǎng)。系統(tǒng)是在狀態(tài)空間中隨著參量的變化而動(dòng)態(tài)演化著的。例如，物理系統(tǒng)的參量之一是時(shí)間，以時(shí)間為參量的狀態(tài)數(shù)學(xué)化、過(guò)程數(shù)學(xué)化是關(guān)系建構(gòu)的一個(gè)角度，具有較大的指導(dǎo)意義[2]。

3 物理問(wèn)題解決與系統(tǒng)思維

物理學(xué)有7個(gè)基本物理量，而在運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)力學(xué)、電磁學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域中還有相應(yīng)的導(dǎo)出物理量，它們構(gòu)成了物理系統(tǒng)的元素集合。物理學(xué)的關(guān)系集合主要是物理定律、定理，以及更高層次上的物理觀念、物理思想等。

新課教學(xué)注重元素集合與關(guān)系集合的理解與建構(gòu)，進(jìn)而形成物理觀念。而問(wèn)題解決則是應(yīng)用物理觀念、物理思想來(lái)建立問(wèn)題的元素集合和關(guān)系集合。例如，牛頓定律的教學(xué)建立起了加速度、外力和質(zhì)量間的關(guān)系，形成運(yùn)動(dòng)觀；而動(dòng)能定理的教學(xué)則是建立了動(dòng)能變化與外力做功之間的關(guān)系，形成能量觀。而在力學(xué)問(wèn)題解決中，學(xué)生就可以用力與運(yùn)動(dòng)、功與能這兩個(gè)物理觀念，建立質(zhì)量、位移、時(shí)間、力、功、動(dòng)能等元素間的關(guān)系。因而，物理觀念高于物理規(guī)律，對(duì)元素集合與關(guān)系集合的確立意義重大。

問(wèn)題可以分為結(jié)構(gòu)良好與結(jié)構(gòu)不良的兩類(lèi)問(wèn)題。結(jié)構(gòu)良好的問(wèn)題，其元素集合和關(guān)系集合都是確定的，即問(wèn)題表征的初末狀態(tài)、演化的步驟都是確定的。而結(jié)構(gòu)不良的問(wèn)題，其元素集合與關(guān)系集合都是不確定的，即問(wèn)題表征的初末狀態(tài)和演化的步驟都是不確定的、開(kāi)放的。物理問(wèn)題以結(jié)構(gòu)良好的問(wèn)題居多，它的元素集合與關(guān)系集合都是確定的，只要?jiǎng)澐趾米酉到y(tǒng)，利用所學(xué)的知識(shí)建立起局部描述，關(guān)注子系統(tǒng)元素間的交集，就能解決問(wèn)題。

例題 （17年天津理綜）如圖1所示，直流電源電動(dòng)勢(shì)為E，電容器的電容為C。兩根固定于水平面內(nèi)的光滑平行金屬導(dǎo)軌間距為l，電阻不計(jì)。一質(zhì)量為m、電阻為R的金屬棒MN（炮彈），垂直放在兩導(dǎo)軌間處于靜止?fàn)顟B(tài)，并與導(dǎo)軌良好接觸。首先開(kāi)關(guān)S接1，使電容器完全充電。然后將S接至2，導(dǎo)軌間存在垂直于導(dǎo)軌平面、磁感應(yīng)強(qiáng)度大小為B、方向向里的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，MN開(kāi)始向右加速運(yùn)動(dòng)。當(dāng)MN上的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與電容器兩極板間的電壓相等時(shí)，回路中電流為零，MN達(dá)到最大速度，之后離開(kāi)導(dǎo)軌。問(wèn)：當(dāng)MN離開(kāi)導(dǎo)軌后電容器上剩余的電荷量Q是多少？

4 小 結(jié)

系統(tǒng)思維是局部描述與整體描述、定量描述與定性描述的對(duì)立統(tǒng)一，因而教學(xué)中不僅要讓學(xué)生思考“小問(wèn)題”（知識(shí)點(diǎn)、規(guī)律等），更要關(guān)注“大問(wèn)題”（思維結(jié)構(gòu)、思維方向等）。

參考文獻(xiàn)：

[1]許國(guó)志.系統(tǒng)科學(xué)[M].上海：上?？萍汲霭嫔?，2012：31-36.

[2]秦笑春.初探物理問(wèn)題解決過(guò)程中表征態(tài)的確立與有序化問(wèn)題[J].物理教師，2017，38（4）：9-11.

（欄目編輯 羅琬華）