論蝴蝶效應視域下的教學活動——以高中地理教學為例

王 珊 劉樹鳳 王濤玲

（1. 南京師范大學 地理科學學院, 江蘇 南京 210023; 2. 丹陽市第五中學, 江蘇 鎮江 212300）

混沌理論描述的系統，其動力學方程是確定的，而系統長期的演化行為存在隨機性。[1]混沌理論認為：在混沌系統中，初始條件十分微小的變化經過不斷放大以后，其未來的狀態將會有巨大的差別，即蝴蝶效應，其具有不可預測性和對初始條件極為敏感的特點。[2]教學過程是一種非線性的、混沌的過程，和蝴蝶效應之間有著某些必然聯系，因此可以將蝴蝶效應靈活應用于教學活動中，從而達到教學效果的最優化，促使蝴蝶效應服務于教學活動，本文以高中地理教學活動為例進行探討。

一、蝴蝶效應的內涵

蝴蝶效應也可稱臺球效應，是“混沌性系統”對初值極為敏感的形象化術語，也是非線性系統在一定條件（可稱為“臨界性條件”或“閾值條件”）出現混沌現象的直接原因。[3]對于這個效應最常見的闡述是：“一只蝴蝶在巴西輕拍翅膀，最終可能導致一個月后在美國德州發生一場龍卷風?！比绱梭@人的效應產生原因即一只蝴蝶煽動翅膀產生的微弱氣流，導致周邊空氣系統發生變化，這種微弱氣流又會進而引起四周的氣流或其他系統發生相應改變，由此引發一個連鎖反應，最終導致其他系統的極大變化。此效應中蝴蝶煽動翅膀所產生的微弱氣流，就是導致最終結果的初始條件。在現實生活中，這種看似不起眼、微不足道的初始條件往往影響整個結果。蝴蝶效應說明，事物發展的結果，對初始條件具有極為敏感的依賴性，初始條件的極小偏差，可能引起結果的極大差異。

蝴蝶效應并非簡單提出蝴蝶煽動翅膀可以引發龍卷風的觀點，而是運用比喻的手法來說明任何事物發展都有其潛在的可能性。因此蝴蝶煽動翅膀最終引發龍卷風只是整個事件最終結果的潛在可能性之一，并非確定性結果，其中，推動事件向某一方向發展的潛在力量稱為“吸引子”。這種“吸引子”對初始條件有極大的依賴性，創造了整個系統的不可預測性。

二、蝴蝶效應和教學活動的聯系

如今，蝴蝶效應已不限于當初僅對天氣預報而言的洛倫茲的蝴蝶效應，而是一切復雜系統對初值極為敏感的代名詞或同義語。從蝴蝶效應本身來看，它是沿著一條或幾條因果關系（初始條件）的鏈條發展，使波及的范圍逐漸擴大，是一個不斷被放大的非線性過程。把這種事件的非線性發展模式應用在教學中，將有利于教學內容的回顧、展開、知識結構的過渡以及學生認知的構建。[4]

在一定條件下，教學活動可看作一個獨立的系統，此系統中存在著許多不確定因素，如教學中的突發事件、課堂中學生的錯誤、學生的活躍程度、學習興趣以及教學內容、教學情境等，都可以成為導致教學產生蝴蝶效應的初始條件和“吸引子”，若不正確處理，可能產生不良后果，若處理得當，則會有意想不到的收獲。值得注意的是，產生龍卷風只是蝴蝶效應最終結果的可能性之一，而且這個龍卷風的性質由初始條件決定，良好的初始條件經過一系列連鎖反應產生好的結果，相反，不良初始條件最終有可能帶來極其惡劣的結果。由于教學活動的主體是有著主觀能動性的學生，當學生的變化達到一定的臨界值時，就會產生一定的蝴蝶效應，從而影響整個教學活動的效果。因此，在教學活動中，教師應時刻關注整堂課的初始條件和“吸引子”， 倡導有利因素、抑制不利因素，使得教學活動向著產生良好“龍卷風”的狀態發展，讓蝴蝶效應更好地服務于課堂教學。那么，蝴蝶效應會給教學活動帶來哪些啟示呢？本文以高中地理教學活動為例進行探討。

三、蝴蝶效應對地理教學活動的啟示

地理學科是一門實踐性和綜合性很強的學科，具有區域性、整體性、差異性等特點，各個知識點之間存在潛在聯系。所以地理教學過程中，要求教師不僅要靈活掌握教材和教法，而且要關注課堂中的各種初始條件：課堂中的微小變化和潛在問題，并巧妙運用蝴蝶效應理論，對各種初始條件加以引導調試，使其向著更好的方向發展。

1.創設課堂有利初始條件

從蝴蝶效應原動力學角度來說，在一個動力系統中，初始條件下微小的變化能帶動整個系統長期巨大的連鎖反應。[5]同樣，地理課堂也是一個動力系統，成功的地理課堂不僅僅是讓學生掌握基礎知識，更重要的是讓課堂煥發出活力，培養學生的創造性、自主性，以及樹立正確的世界觀和人生觀。為了讓課堂產生影響學生一生的強大力量并向著預期的良好方向發展，教師就必須用心創設初始條件，使得初始條件服務于學生。

短短45分鐘，想要產生無窮的力量，首先要吸引學生的注意力，讓學生產生興趣。課堂導入作為整堂課的開端，是決定課堂發展方向的初始條件。因此，教師可以用一些故事、歌謠等作為開端，引發學生思考和聯想，起到“拋磚引玉”的作用。如在講述全球性的氣壓帶和風帶時，可以引述15世紀末，哥倫布發現新大陸后，歐洲移民不斷涌入，并從歐洲裝載馬匹進行販賣，但當船隊經過南緯20-30度海域時，空氣干燥，連續幾周海上無風，使船只無法航行，時間久了，食物消耗怠盡，大批渴死餓死的馬匹被投入海中，海面上漂浮著眾多的馬尸，故名“馬緯度”。通過這個故事引出“馬緯度”名稱的來緣，繼而讓學生推出副熱帶高氣壓帶的特點。此外，學生的世界觀、人生觀及熱愛生活、熱愛地球的情懷并非一朝一夕可以培養出來的，而且學校也不可能單開一節地理課給學生講人生。因此，教師可以在課堂上的適當時候滲透有關人生觀的知識和觀念，久而久之，這種滲透就可能成為學生樹立正確人生觀價值觀的初始條件，影響學生一生。

2.警示課堂蝴蝶吸引子

所謂蝴蝶吸引子，即能夠引起蝴蝶效應的微小變化，這些微小的變化經過長時間的累積滋生，也許能夠影響整個事態的發展。一直以來，中學地理教學都是“以教師為中心”，實行“滿堂灌”“填鴨式”的單一而陳舊的教學模式，[6]教師把過多的精力放在地理知識的傳授和應試教育上，忽略了對學生的關注。高中學生正處在身心發育的特殊時期，心理正慢慢走向成熟，且非常敏感，極易產生心理障礙。教師對學生的忽略所產生的心理變化，就可以看作蝴蝶吸引子。再看蝴蝶效應：起初是由一只小小的蝴蝶煽動翅膀，而正是因為這只蝴蝶的微小，才容易引起人們的忽略，最終導致龍卷風的形成。正所謂“千里之堤，潰于蟻穴”，所以地理教學中，教師應多關注學生，發揮學生的主體作用，增強學生的自信，防止學生過度自卑而產生心理障礙。如講述“常見的天氣系統”時，教師可以先簡單介紹氣團和鋒面的知識，然后讓學生閱讀教材，弄清楚冷鋒和暖鋒的差異，讓學生比較教材（以人教版為例）圖2.19和圖2.20，找出兩幅圖的不同點，總結冷暖鋒差異，使學生主體性得到良好發揮，培養學生自主思考的能力，減少自卑心理的產生。

其次，要正視學生的錯誤，每一次錯誤也可以視為蝴蝶吸引子，這個蝴蝶吸引子對決定蝴蝶效應的性質好壞，起著關鍵性作用。一些學生在學習地理的過程中，雖然已具備了解決某個問題所需的知識，但由于思維的邏輯性不強，往往會得出錯誤的結論。[7]如“熱力環流”中，熱力環流是由于同一水平面冷熱不均而形成的，氣流由高壓流向低壓。有的學生沒有弄清楚大氣環流各個環節形成的先后順序，以及高空和地面高低氣壓的比較，而陷入高空的高氣壓和地面的高氣壓到底哪個數值高以及為什么垂直運動的氣壓是由低壓指向高壓的死胡同里。這時就需要教師及時疏導，了解問題產生的原因，對癥下藥。

3.凝聚集體力量，展現蝴蝶風暴

如果真的要回答“一只蝴蝶拍一下翅膀會不會在得克薩斯州引起龍卷風?”那回答只有一個，就是不知道！[8]但從中我們可以推出的結論是：十只蝴蝶拍一下翅膀在德克薩斯州引起龍卷風的幾率要遠遠比一只蝴蝶拍翅膀引起龍卷風的幾率大。課堂上，每個學生都是一只蝴蝶，若其中一個或幾個學生創新性思維的“微弱氣流”得到其他同學的響應，這股氣流很快就會形成一股風，進而形成強大的氣流帶動整個集體，形成蝴蝶風暴。

因此，地理課堂中，教師可以利用集體的力量幫助學生發現問題、解決問題。最常見的方法就是把班級學生根據座位或者興趣愛好分成若干組，施行分組教學法，通過小組合作發揮集體力量。小組合作可以體現在課后作業上，如在講述熱力環流時，把學生分成若干組，通過課前預習設計一個簡單的熱力環流實驗。這個實驗的設計對于單個學生來講還是有一定難度的，但是當同學們聚集在一起時，那種力量是不可估量的，往往給教師帶來意外的驚喜。小組合作也可以直接在課堂上進行，如在講述對流層大氣的受熱過程時，為了讓學生更好地弄清楚太陽輻射、地面輻射、大氣輻射、大氣逆輻射以及大氣對太陽輻射的削弱作用和各種輻射之間的關系。課堂上教師可以先畫出基本的太陽輻射、地面輻射、大氣逆輻射三個簡單箭頭，不標注名稱。學生通過小組合作，研讀教材并把整個受熱過程圖完善起來，不僅有了師生間的交流，也使學生知識輪廓更加清晰。

四、蝴蝶效應的期許

巴西蝴蝶煽動翅膀到底能不能帶來德克薩斯州的龍卷風呢？筆者認為，地理課堂中，只要教師積極發揮監督作用，注意班級中的“微弱氣流”，對“負面氣流”予以及時打壓，對“正面氣流”則予以鼓勵支持，多多關心學生，變換教學方法，培養學生地理學習興趣，并號召全班共同參與，筆者相信，每只“蝴蝶”定能引起不一樣的龍卷風。

[1] 申傳勝.“混沌”的基本特征及其在教學設計中的應用[J].安慶師范學院學報(社會科學版),2008,27(6):76-78.

[2] 華國梅,李中晶,鄧麗梅.“蝴蝶效應”對高職旅游英語學習及教學的啟示[J].商業文化(下半月),2012,(6):238-239.

[3] 丁有瑚.蝴蝶效應[J].現代物理知識,1993,9(3):7.

[4] 李紅波,劉彩虹.“蝴蝶效應”教學策略的設計與應用[J].廣西師范大學學報(哲學社會科學版),2006,42(1):100-104.

[5] 張繼梅.“蝴蝶效應”視閾下的思想政治理論課實踐教學改革——以綏化學院為例[J].黑龍江高校研究,2011,(10):160-162.

[6] 程聯訓.地理教學中存在的問題和解決的措施[J].教育教學論壇,2011,(8):209.

[7] 吳育梅.在新課程理念下構建高效的高中地理課堂[J].學周刊,2012,(5):151.

[8] 磬音.愛德華●諾頓●洛倫茨 蝴蝶效應創始人[J].創新科技,2011,(8):38-39.