耗散結(jié)構(gòu)理論視野下的物理有效教學(xué)

杜愛慧

(河南師范大學(xué)物理與信息工程學(xué)院 河南新鄉(xiāng) 453007)

隨著課程改革的進(jìn)一步深入和素質(zhì)教育的全面推進(jìn)，要求減負(fù)增效的呼聲越來越高．有效教學(xué)的核心就是提高教學(xué)的效益，它追求的是學(xué)生所獲得的進(jìn)步和發(fā)展;學(xué)生進(jìn)步越大，教學(xué)就越有效．那么，如何在有限的教學(xué)中收到最大的教學(xué)效益呢?筆者認(rèn)為，從耗散結(jié)構(gòu)理論出發(fā)，讓學(xué)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(xué)生思維的自組織過程是提高物理教學(xué)效率的有效策略之一．

1 耗散結(jié)構(gòu)理論

1969年比利時(shí)學(xué)者普利高津創(chuàng)立了“耗散結(jié)構(gòu)”理論．耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為:一個(gè)遠(yuǎn)離非平衡狀態(tài)的開放系統(tǒng)，只要通過不斷地交換物質(zhì)與能量，在外界條件變化達(dá)到一定的閾值時(shí)，系統(tǒng)可以產(chǎn)生突變，從原有的混沌無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦呒?jí)的有序狀態(tài);有序的組織可以通過一個(gè)自組織過程從無序和混沌中自發(fā)地產(chǎn)生出來．這種在遠(yuǎn)離平衡情況下形成的新的有序結(jié)構(gòu)，依靠不斷地耗散外界的物質(zhì)和能量來維持，即為耗散結(jié)構(gòu)．耗散結(jié)構(gòu)是動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)，開放與非平衡是其形成的必要條件．

現(xiàn)代教育科學(xué)研究認(rèn)為，人腦系統(tǒng)是一個(gè)耗散結(jié)構(gòu)，伴隨著負(fù)熵的輸入，就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)處于非平衡態(tài)，進(jìn)而能有效地吸納新知識(shí)，解決新問題，實(shí)現(xiàn)由簡(jiǎn)單到復(fù)雜，從無序到有序．人的學(xué)習(xí)過程是一個(gè)遠(yuǎn)離平衡、不斷形成新的有序結(jié)構(gòu)的過程．因此，物理教學(xué)中，要使學(xué)生積極主動(dòng)的參與教學(xué)，實(shí)現(xiàn)“學(xué)生是主體，教師是主導(dǎo)”的課改理念，教師就必須善于設(shè)置各種物理問題情境，充分培養(yǎng)學(xué)生的興趣;即從教學(xué)以外輸入持續(xù)學(xué)習(xí)的能量，通過教學(xué)組織的有序保持，使學(xué)生形成一個(gè)有序的、穩(wěn)定的自組織過程，從而提高教學(xué)的質(zhì)量，達(dá)到教師有效教學(xué)與學(xué)生有效學(xué)習(xí)的可持續(xù)良性互動(dòng)．例如，可根據(jù)教學(xué)內(nèi)容，設(shè)計(jì)一些開放性、富有挑戰(zhàn)性、趣味性、實(shí)用性的問題，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，打破學(xué)生思維上的平衡狀態(tài)，使學(xué)生的大腦思維系統(tǒng)充分有效地開放，處于矛盾不斷產(chǎn)生又不斷解決的動(dòng)態(tài)過程中，促使學(xué)生處于積極的思維狀態(tài);讓學(xué)生在生疑、質(zhì)疑、釋疑的困惑中，使信息流從各個(gè)渠道輸人大腦中，使思維從無序向有序演化，最終實(shí)現(xiàn)突變、升華．可見，運(yùn)用耗散結(jié)構(gòu)理論來指導(dǎo)物理教學(xué)，研究學(xué)生的認(rèn)識(shí)過程怎樣才能從混沌無序逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橛行颍瑢⒔o物理課堂教學(xué)帶來新的勃勃生機(jī)，也將提高物理教學(xué)的“效率”和學(xué)生的學(xué)習(xí)績(jī)效，做到教師的有效教學(xué)和學(xué)生的有效學(xué)習(xí)．

2 耗散結(jié)構(gòu)理論視野下物理有效教學(xué)的策略

2． 1 讓學(xué)生的思維系統(tǒng)全方位開放 廣泛地?cái)z入大量信息

耗散結(jié)構(gòu)理論認(rèn)為，提高系統(tǒng)有序度的關(guān)鍵是系統(tǒng)的開放．只有通過與外界不斷進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交流，系統(tǒng)才具有勃勃生機(jī)，才能不斷地向前發(fā)展．因此，在整個(gè)物理教學(xué)中必須促進(jìn)學(xué)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(xué)生的大腦始終處于積極主動(dòng)的思維狀態(tài)．

要有效地開放學(xué)生的思維系統(tǒng)，必須拓展教學(xué)的時(shí)間和空間，拓寬教學(xué)的視野，增大信息的輸入量．在物理教學(xué)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(shí)驗(yàn)中獲取信息外，教師還可以引導(dǎo)學(xué)生從日常生活中、從多種媒介中以及從調(diào)查實(shí)踐中來獲取信息，盡量把課堂教學(xué)和課外學(xué)習(xí)結(jié)合起來，把理論學(xué)習(xí)和觀察實(shí)驗(yàn)聯(lián)系起來，把物理教學(xué)從課堂延伸到課外，從校內(nèi)擴(kuò)展到校外．教師可以讓學(xué)生關(guān)注日常生活，分析有哪些學(xué)過的物理知識(shí)和原理;通過各種媒介，了解物理教學(xué)領(lǐng)域的最新進(jìn)展;利用一些難得的機(jī)會(huì)，做一些有益的觀察和思考．例如教師可引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中點(diǎn)綴夜晚的街頭門市或沿街樹木的彩燈進(jìn)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(gè)，夜晚亮起時(shí)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(dāng)其中的一個(gè)燈絲燒毀不再發(fā)光時(shí)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(gè)現(xiàn)象似乎違反了串聯(lián)電路規(guī)律，當(dāng)然也與學(xué)生原來儲(chǔ)存的信息發(fā)生了沖突．教師則可引導(dǎo)學(xué)生，深入研究其原因．

其次，要保證信息的刺激有足夠的強(qiáng)度．這既要求教師要注意保證教學(xué)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(shí)或交替地給學(xué)生感覺器官以不同形式的、反復(fù)的刺激，促進(jìn)學(xué)生耳目并用;還要求教師加強(qiáng)操作、制作等實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生手腦并用．

再次，要注意講究教學(xué)方法．教師在對(duì)學(xué)生輸入信息的過程中，要講究教學(xué)的藝術(shù)性，力求給學(xué)生提供生動(dòng)有趣、具體形象的信息，以便最大限度地引起學(xué)生的無意注意．

最后，要注意培養(yǎng)學(xué)生的非智力因素．非智力因素所包括的明確的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、濃厚的學(xué)習(xí)興趣、高度的注意力、頑強(qiáng)的意志力以及勇于進(jìn)取、自信而又虛心的良好心理品質(zhì)等，都可有效地促使學(xué)生想學(xué)、樂學(xué)、會(huì)學(xué)，當(dāng)然也可促進(jìn)學(xué)生思維系統(tǒng)的全方位開放和廣泛地?cái)z入大量信息．

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

普利高津認(rèn)為:“非平衡是有序之源”．當(dāng)系統(tǒng)處于遠(yuǎn)離平衡的非平衡狀態(tài)時(shí)更加有利于信息量的輸入，從而達(dá)到更為有序的狀態(tài)．在物理教學(xué)中，如果全體學(xué)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(xué)生思維處于高度的非平衡狀態(tài)，則學(xué)生、教師、教材和教法、學(xué)法之間就會(huì)產(chǎn)生最大共鳴，學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)便會(huì)隨著認(rèn)知矛盾的解決進(jìn)入更高的有序狀態(tài)．因而在物理教學(xué)中應(yīng)根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生的具體情況，想方設(shè)法構(gòu)建思維的非平衡狀態(tài)．

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

(1)思維激活教學(xué)法．興趣是最好的老師．要啟動(dòng)學(xué)生的思維，一般都是從有趣的問題開始．思維激活教學(xué)法就是多渠道、多層次、多方位地激勵(lì)學(xué)生興趣，活化理性思維，開發(fā)創(chuàng)造意識(shí)．這樣很容易使學(xué)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(shí)，學(xué)生興趣陡漲，認(rèn)識(shí)平衡打破，你一言我一語地討論開了．

(2)驚奇實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化法．人的大腦接觸新刺激，易出現(xiàn)優(yōu)勢(shì)興奮中心;此時(shí)大腦的勞動(dòng)便處于緊張而愉快的狀態(tài)．驚奇實(shí)驗(yàn)強(qiáng)化法就是運(yùn)用教學(xué)手段處理物理問題，借助實(shí)驗(yàn)過程中反應(yīng)出的與學(xué)生原有認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)相矛盾的物理現(xiàn)象，讓學(xué)生的感官及認(rèn)知處于強(qiáng)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(duì)物理問題本質(zhì)的認(rèn)識(shí)．

(3)矛盾情境訓(xùn)練法．教師針對(duì)學(xué)生容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，產(chǎn)生矛盾情境，使學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，提高科學(xué)思維及求異思維能力;其目的在于促使學(xué)生的思維系統(tǒng)遠(yuǎn)離非平衡狀態(tài)之后達(dá)到更高的有序狀態(tài)．當(dāng)然，在采用以上方法的同時(shí)，教師可以重點(diǎn)從舉例、提問、實(shí)驗(yàn)以及物理計(jì)算等方面來構(gòu)建學(xué)生的非平衡態(tài)．例如“自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律”的教學(xué)，部分學(xué)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(xué)生通過觀察教師的演示，把紙片揉成團(tuán)時(shí)，可以看到紙團(tuán)幾乎與小石子同時(shí)落地．這樣學(xué)生原來的錯(cuò)誤信息與此時(shí)教師給予的信息產(chǎn)生矛盾，學(xué)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(shí)，通過教師用抽成真空的牛頓管中羽毛和小石子下落的進(jìn)一步演示，學(xué)生又獲得了一個(gè)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(xué)生思維的自組織過程 擺正學(xué)生學(xué)習(xí)主體的位置

耗散結(jié)構(gòu)是“活”的非平衡的有序結(jié)構(gòu)，它是一種自組織現(xiàn)象．因而開放系統(tǒng)遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)下，一旦信息的輸入達(dá)到一定的閾值，系統(tǒng)可突變，由原來的無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，這種自行產(chǎn)生的組織性的現(xiàn)象為自組織現(xiàn)象，自組織就能產(chǎn)生新的結(jié)構(gòu)．學(xué)生思維系統(tǒng)是一個(gè)開放系統(tǒng)，學(xué)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(shí)體系之中，形成新的知識(shí)結(jié)構(gòu)．這就是學(xué)生思維的自組織過程．因此，從這個(gè)意義上說，創(chuàng)設(shè)思維的非平衡態(tài)本身并不是目的，目的是以此為基礎(chǔ)，通過積極有效的信息交換，使學(xué)生思維實(shí)現(xiàn)更高層次上的平衡．

傳統(tǒng)教學(xué)中教師是中心，學(xué)生的積極性、主動(dòng)性、創(chuàng)造性往往被壓抑．耗散結(jié)構(gòu)理論恰恰相反，它十分強(qiáng)調(diào)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中的自組織過程，認(rèn)為學(xué)生的這個(gè)自組織過程是教師不應(yīng)當(dāng)也不可能越俎代庖的．耗散結(jié)構(gòu)理論進(jìn)一步明確了學(xué)生在學(xué)習(xí)中的主體地位，讓學(xué)生最大限度地動(dòng)口、動(dòng)手、動(dòng)腦，自組織地參與到學(xué)習(xí)中來，徹底改變了以教師為中心的一言堂教學(xué)狀況．俗話說:“師傅領(lǐng)進(jìn)門，修行在個(gè)人”．這個(gè)“修行在個(gè)人”就是耗散結(jié)構(gòu)理論中指出的相對(duì)應(yīng)的“自組織過程”——這是創(chuàng)造性人才不可缺少的素質(zhì)．

在教學(xué)中，教師要在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力的前提下，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中分析研究知識(shí)信息，探索知識(shí)“黑箱”的內(nèi)部規(guī)律，促進(jìn)思維發(fā)展;同時(shí)，激發(fā)起學(xué)生不斷探索未知、獲得真理的強(qiáng)烈愿望．物理教師可以從以下幾方面操作．

首先，在課堂教學(xué)中促進(jìn)學(xué)生的“自組織”過程．課堂教學(xué)中教師可以針對(duì)某些章節(jié)采取以學(xué)生為主的學(xué)習(xí)方法，把提綱給學(xué)生，讓學(xué)生自己閱讀，自己組織內(nèi)容，自己完成教學(xué)內(nèi)容，然后通過討論和教師點(diǎn)評(píng)，綜合歸納內(nèi)容．這樣既增強(qiáng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，又調(diào)動(dòng)了他們的積極性，對(duì)于促進(jìn)他們的“自組織”過程和自學(xué)能力大有益處．

其次，在探究實(shí)驗(yàn)中促進(jìn)學(xué)生的“自組織”過程．物理新教材中增添了大量的探究性實(shí)驗(yàn)，教師可以通過教學(xué)要求努力發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，積極的引導(dǎo)他們自主探究，促進(jìn)學(xué)生的“自組織”過程和探究能力．例如在某些實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí)，教師可以只提出實(shí)驗(yàn)?zāi)康模蓪W(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方法．不少探究實(shí)驗(yàn)學(xué)生完全可以根據(jù)自己所學(xué)的物理知識(shí)，獨(dú)立地或在教師啟發(fā)下，設(shè)計(jì)出各種實(shí)驗(yàn)方案，成功地解決物理實(shí)驗(yàn)問題，從而產(chǎn)生成功后的喜悅，激發(fā)起更大的學(xué)習(xí)熱情，成為進(jìn)一步學(xué)習(xí)的強(qiáng)勁動(dòng)力．同時(shí)，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中即使存在問題，在實(shí)驗(yàn)中也可以不斷的得以修正，進(jìn)一步提高了學(xué)生的自主性和探究能力，而此時(shí)學(xué)生的“自組織”過程也到達(dá)了頂峰．

最后，因材施教促進(jìn)所有學(xué)生的“自組織”過程．對(duì)于個(gè)性不同的學(xué)生，如果采取基本相同的教學(xué)方法則會(huì)使很多學(xué)生失去個(gè)性．沒有個(gè)性也就沒有學(xué)習(xí)上的創(chuàng)新，而創(chuàng)新的過程需要一種非平衡機(jī)制．在教學(xué)中，教師應(yīng)堅(jiān)持因勢(shì)利導(dǎo)、因材施教的原則，認(rèn)真了解所有學(xué)生的狀況，適時(shí)地采用分層次教學(xué)，由淺入難，逐步深入，積極地促進(jìn)所有學(xué)生的“自組織”過程．

總之，物理教學(xué)是培養(yǎng)創(chuàng)造性人才的基礎(chǔ)性工程．將耗散結(jié)構(gòu)理論引入到中學(xué)物理教學(xué)中，從根本上擺正了學(xué)生的主體地位，使學(xué)生的主動(dòng)性、積極性、創(chuàng)造性都達(dá)到了最佳狀態(tài)．從認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的非平衡到平衡狀態(tài)，從無序發(fā)展到有序，從低級(jí)進(jìn)化到高級(jí)，一步步將耗散結(jié)構(gòu)理論的精華融入到物理教學(xué)中，最終達(dá)到提高教學(xué)質(zhì)量的目的，做到有效教學(xué)．

1 沈小峰，胡崗，姜璐．耗散結(jié)構(gòu)論．上海:上海人民出版社，1987

2 汪嶸．淺談耗散結(jié)構(gòu)理論在化學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用．化學(xué)教學(xué)，2008(3):14 ～16