用耗散結構理論指導中學化學教學

摘 要：耗散結構理論是研究遠離平衡狀態的開放系統從無序到有序的演化規律的一種理論。本文依托耗散結構理論，分析、探討了該理論與中學教學化學的關系及運用它指導中學化學教學的措施。

關鍵詞：耗散結構；平衡狀態；化學教學

中圖分類號：G633.8文獻標識碼：A文章編號：1009-010X（2007）02-0048-03

引言

比利時學者普利高津首先提出和創立了“耗散結構”的概念和理論。耗散結構理論是研究遠離平衡狀態的開放系統從無序到有序的演化規律的一種理論。

現代教育科學研究認為，人腦系統是一個耗散結構，研究耗散結構理論并運用于人腦的認識過程，將使中學化學課堂教學出現一片嶄新的天地。學生學習化學的過程，實際上是將表面上雜亂無序的化學知識，根據其內涵、本質及內在的相互聯系，逐步變成有序的知識結構的過程。一個學生怎樣才能使自己的化學認知，從混沌逐步轉變為有序呢？根據上述理論，筆者認為在新課標理念的指導下，在新課改過程中，中學化學課堂教學中應注意以下四點：

(1)使學生大腦系統充分開放，多渠道增加信息的輸入量；

(2)使學生思維遠離平衡狀態，從小漲落到大漲落；

(3)充分發揮學生的主體作用，努力促使其學習、產生自組織的過程；

(4)科學合理地減少遺忘量。

一、讓學生的思維系統全方位開放

耗散結構理論認為，一個遠離平衡態的耗散結構，要從低級狀態進入高級狀態，要從無序走向有序，必須對外開放，必須頻繁地與環境進行物質、能量和信息的交流。“任何社會組織、任何個人都是遠離平衡態的耗散結構，因為社會組織的進化、人類的進化還遠沒有完成。”學生的大腦更是遠離平衡態的耗散結構，因為他們是正在成長中的人。因此，在化學教學中，必須想方設法促進學生思維系統的全方位開放，使學生的大腦處于積極主動的思維狀態，從而能多渠道、廣泛而有效地攝人更多的信息。

要有效地開放學生的思維系統，首先要克服傳統教學中教師只負責教，學生只管學；教材怎么寫，教師怎么教；教師怎么教，學生怎么學；教師教多少，學生學多少的觀念。在信息社會，如果仍然將大腦視為“儲存信息的倉庫”，即使用知識去填滿“倉庫”，也是片面和脫離現實的。我們應該有序地開放課堂教學，讓學生在課堂上享有相當的主動權，擁有積極思考和參與教學活動的充分余地，讓學生在活動中學習，在活動中思維，在活動中發展，在相互討論和啟發中活動。其次，要課內外結合，體現時間、空間、內容的開放性。化學的發展是極其迅速的，如何讓新成果、新知識與課本知識有機結合，課堂教學是主要渠道，但不是惟一渠道。圖書館、環境監測站、化工工廠企業等等都是課外學習的好場所。教師要鼓勵并創造條件讓學生泡圖書館、進閱覽室、上互聯網，讓學生帶著問題去閱讀，了解化學領域的最新進展和化學工程技術，去觀察、去調查、去分析、去思考與化學有關的問題。平時要多讓學生搜集報刊或網上的與化學有關的科技新聞，進行交流和討論，利用教師提供的小課題，讓學生進行實驗、調查研究。第三，要讓學生深入地開展探究性學習。根據探究性學習的理念，教師要善于引導學生向教材、生活質疑問難，形成強烈的問題意識，激發學生探究的興趣，使其產生科學探究的欲望。平時可由學生和教師共同提出一些研究性課題，學生通過設計研究方案，開展調查研究，作出總結評價等過程來完成課題。在課題實施過程中，讓學生去探索、去實踐、去體驗、去感悟，在學習中開放自我，多渠道地獲取有利于學習的新信息，促使思維結構有序化。

要實現學生大腦思維的開放，教師要培養學生學習化學的學習動機、學習興趣，創造條件引導學生進行化學學習實踐，讓學生用眼看、耳聽、筆寫、腦想，以不同的形式引導學生去聯想與想象、去發明與創造，使信息從不同渠道源源不斷地輸人大腦，激活大腦中的有關信息。

二、讓學生思維活動遠離平衡狀態

普利高津認為：非平衡是有序之源。學生認識之所以不斷提高，是他們原有的認知結構被外來的刺激所打破，發

生了“同化”或更深刻的“順應”，使原來的知識系統得到充實或改革，達到新的水平和新的平衡。在非平衡狀態下，系統對于內部和外界的漲落都相當敏感，系統內的各元素表現出密切的“相關性”（彼此互動與交流）。如果學生的思維都處于較高的不平衡狀態，那么學生、教師、教材三者之間就能產生較大的共鳴，教師組織教學就會得心應手，從而收到事半功倍的效果。反之，如果教師不善于打破學生思維上的平衡狀態，學生上課“沒有問題”、“沒有反應”，對有關知識和規律不存在學習困難與學習必要，即使教師講得慷慨激昂，學生也仍然無動于衷，更談不上產生“相關性”與向有序性轉化。而引發學生認知沖突，激發學生求知欲望，就是打破平衡態與遠離平衡態的有效方法。

首先，在引入新課時，應創設情景，努力做到新穎別致，扣人心弦，使之富有趣味性和啟發性。例如，在講授“氯氣漂白性”時，教師帶著浸了甲基橙試液的粉筆進課堂，放在濃鹽酸試劑瓶的上方，可看到粉筆變成紅色，再滴加氫氧化鈉溶液，粉筆變黃色，讓學生觀察，將這樣的酸堿指示柱伸入到氯氣瓶中，粉筆又變成紅色但很快便褪為無色，學生隨即產生疑問:什么物質會使指示劑褪色呢？效果尤佳。

其次，在課堂講授中，要善于運用多種方法激發學生的學習情感，培養學生的創造性思維。如在教學中可對教學內容進行問題化處理，可以引導學生從平平淡淡的文字說明和圖解中發現問題、提出問題，進而討論問題，直至解決問題，以啟迪學生的多種思維。例如：高二學生在學習完原電池原理后，我們在教學中提出了這樣的問題：（1）活潑金屬是原電池的正極還是負極？（2）活潑金屬能否作為原電池正極？學生通過問題的驅動和教科書上剛學習過的內容積極思考，認為前面書本上學過的原電池中，活潑金屬在原電池中都是負極，不可能作正極，因為活潑金屬失去電子的能力比不活潑金屬強。但通過試驗老師讓學生去研究Mg、Al、稀H2SO4組成的原電池的電極，發現鋁就是原電池正極，看到結論，學生們頓時面面相覷，認知進入了非平衡態，此時再從原電池的原理上去分析，加深了認識。

最后在結課時，也要注意不落俗套，要做到承上啟下，要為學習后續的內容埋下伏筆，留給學生思維的空間，使其產生繼續學習的愿望。

總之，教師在課堂教學中，要努力使學生、教師、教材三者之間出現密切的“相關性”和共鳴效果，使學生的認知遠離原有的認知平衡狀態，不斷引發學生認知沖突，激發學生的求知欲，打破平衡態且遠離平衡態。

三、讓學生思維形成自組織的過程

耗散結構是“活”的非平衡的有序結構。由于它是一種自組織現象，因而開放系統在遠離平衡狀態下，一旦信息的輸入達到一定的閾值，系統可產生突變，由原來的無序狀態轉變為高級的有序狀態，這種自行產生的組織性的現象稱為自組織現象。自組織能產生新的結構。學生的思維系統是一個開放的系統，學生可通過多種途徑把從外界吸收的各種信息經過加工處理，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。化學教師要促進學生的這種自組織過程，應該做到以下幾點：

1.充分而有效地發揮學生的主體作用。

在化學教學中要轉變指導觀念，確立學生自主學習的地位，培養他們自主學習的能力。在學習過程中，學生遇到“攔路虎”時教師千萬不要把學生“抱過去”，而是要正確引導他們開動腦筋找出對策。要鼓勵學生不迷信書本和權威，也不迷信教師，要敢于大膽質疑、大膽設想，自主設計方案驗證，從而真正地理解知識。

2.教師要創造條件使學生的思維產生不平衡。

教師要利用可利用的教育資源，創造條件使學生產生不平衡，還要通過正反饋，加強其不平衡，使之達到一定的閾值，使學生的思維產生突變，出現“豁然開朗”的頓悟現象。

例如，講授“鹽類的水解”時，針對“酸堿中和反應生成鹽，那么鹽一定是中性的嗎?”這個問題，引導學生討論形成兩種截然不同的觀點：(1)鹽是中性的，比如食鹽，否則人們每天食用必然會造成酸(或堿)中毒；(2)鹽不是中性的，比如蒸發面面食時要放入堿面(鹽)，否則就會發酸。這樣，兩種觀點勢必要在學生頭腦中產生激烈的碰撞，學生的認知活動就處在一種不穩定的非平衡狀態。開始時學生也許會無所適從，但隨著學習的進行，學生在這種非平衡狀態所帶來的內在驅力的驅動下，就會由表及里、去偽存真，逐漸實現由平衡態向非平衡態的趨近，并最終進一步完善自己的知識結構。

在這里，教師要發揮好主導作用，創造使學生“小漲落加強”的正反饋條件，讓學生獲取的有利于學習的反饋信息(即負熵)逐漸增加，出現“大漲落”，以產生突變效果。

3.要建立小組學習機制，讓學生協作學習。

“耗散結構”理論指出：系統的開放性和遠離平衡態是系統由無序走向有序的先決條件。這解決了系統與環境的關系問題。教學系統同樣如此，需要師生之間、學生之間、師生與環境之間的信息交流，才能走向有序。有序原理要求教學系統是一個開放的系統。化學學科的特點決定了化學教學過程必須是開放的交互過程，而不是“注入式”的信息單向傳輸的封閉過程。沒有協作學習，就沒有有效的意義建構；沒有有效的意義建構，學習就沒有自組織過程。學習中的協作分為“自我協作”與“相互協作”兩種。自我協作是指自己與自己商量、爭辯，自己做自己的老板，自己調控自己。相互協作是指學生與學生協作，學生與教師協作，包括交流、質疑、討論、爭辯與評價等。兩種協作常常互相結合、互為補充。在小組里學習，每個學生在協作環境中都受到別人的考察和評論，同時也在考察與評價著別人的觀點與看法。這樣，自組織過程就能順利而有效地進行。

四、科學合理地減少遺忘量

根據耗散結構理論，要提高大腦的有序程度，還必須盡量減少因遺忘產生的熵增加。因此科學合理地減少遺忘也是提高學習有序性的重要手段。為了有效地減少遺忘，一方面要注意信息輸入的正確性和牢固性，即要求學生在學習時力求做到正確理解、深刻領會、融會貫通，決不能滿足于一知半解、囫圇吞棗。特別是對于那些容易混淆的內容更是要理清思路，辨別異同，掌握關鍵。在日常化學教學中，必須注意方法的指導和能力的培養。在知識的記憶上，應多介紹一些記憶的方法與訣竅，多強調知識的比較與聯系。另一方面，還必須科學合理地組織復習。

五、結束語

綜上所述，不難發現，耗散結構對于中學化學教學大有裨益。只要我們充分利用耗散結構，就必然能夠對新課標下的化學教學以及化學教學改革起到巨大的作用，將會更有效地提高教育教學的效率，給化學教學帶來新的生機和活力，使中學化學教學生機盎然、蓬勃發展。

【責任編輯：張桂英】