系統(tǒng)科學(xué)理論的發(fā)展及其對教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的影響

系統(tǒng)科學(xué)理論的發(fā)展及其對教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的影響

作為教育系統(tǒng)設(shè)計的主要理論基礎(chǔ)之一，系統(tǒng)科學(xué)理論的發(fā)展經(jīng)歷了從20世紀(jì)40年代到20世紀(jì)60年代的一般系統(tǒng)論開始的自組織理論，以及20世紀(jì)80年代后的非線性科學(xué)理論的快速發(fā)展。隨著系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展,教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的理論與實(shí)踐也隨之發(fā)生著深刻的變革。1系統(tǒng)科學(xué)理論的發(fā)展1.1橫斷學(xué)科的興起1947年奧地利生物學(xué)家馮·貝塔朗菲(VonBertalanffy)發(fā)表了《一般系統(tǒng)論》,為系統(tǒng)論奠定了基礎(chǔ)。1948年美國數(shù)學(xué)家香農(nóng)(Shannon)提出了狹義信息論。同年,美國物理學(xué)家維納(Wiener)提出了控制論。一般系統(tǒng)論、狹義信息論、控制論被統(tǒng)稱為一般系統(tǒng)論,它們分別是研究某一領(lǐng)域而發(fā)展的理論,后來逐漸發(fā)展成為具有方法論性質(zhì)的橫斷學(xué)科,在自然科學(xué)、社會科學(xué)等眾多學(xué)科領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。20世紀(jì)60～80年代,以耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、超循環(huán)和突變論為代表的自組織理論先后興起,是系統(tǒng)科學(xué)理論發(fā)展的第二個階段。1969年比利時化學(xué)家伊·普里戈金(I.Prigogine)在《結(jié)構(gòu)、耗散和生命》一文中首次提出了耗散結(jié)構(gòu)理論。1971年德國科學(xué)家哈肯(H.Haken)首次提出“協(xié)同”概念,1977年發(fā)表了《協(xié)同學(xué)導(dǎo)論》。1970年英國生物化學(xué)家艾根(M.Eigen)提出了超循環(huán)思想,并于1971年發(fā)表了《物質(zhì)的自組織和生物大分子的進(jìn)化》一文,正式建立了超循環(huán)理論。1972年法國數(shù)學(xué)家勒內(nèi)·托姆(R.Thom)出版了《結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與形態(tài)發(fā)生學(xué)》,英國數(shù)學(xué)家奇曼將之命名為“突變論”。1975年數(shù)學(xué)家芒德勃羅(B.B.Mandelbrot)出版了《分形、形、形態(tài)、機(jī)遇和維數(shù)》,宣告了分形幾何學(xué)的問世。1961年美國氣象學(xué)家絡(luò)侖茲用計算機(jī)模擬大氣湍流時意外發(fā)現(xiàn)了“蝴蝶效應(yīng)”,引發(fā)了科學(xué)家對混沌現(xiàn)象的興趣,到20世紀(jì)80年代后,以混沌學(xué)、分形幾何學(xué)為代表的非線性科學(xué)開始蓬勃發(fā)展,是系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的第三個階段。1.2自組織理論、混沌理論與拉普拉斯決定論一般系統(tǒng)論認(rèn)為,系統(tǒng)是指由相互聯(lián)系、相互制約的若干組成要素結(jié)合在一起并具有特定功能的有機(jī)整體。世界上的一切事物、現(xiàn)象和過程幾乎都是有機(jī)整體,且又自成系統(tǒng)、互為系統(tǒng)。每個系統(tǒng)都與其所處的環(huán)境發(fā)生物質(zhì)、能量與信息的交換中變化發(fā)展。系統(tǒng)具有集合性、關(guān)聯(lián)性和目的性。自組織理論從宏觀上不同層次解釋了系統(tǒng)通過“自己組織起來”形成結(jié)構(gòu)、完善進(jìn)化的特性。自組織理論指出,一個遠(yuǎn)離平衡的開放系統(tǒng)通過與外部環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量、信息的交換,能夠形成有序的結(jié)構(gòu),或從低序向高序的方向演化。同時指出開放性、遠(yuǎn)離平衡態(tài)、非線性相互作用和漲落是自然系統(tǒng)演化的自組織機(jī)制?；煦缋碚撌桥信ｎD經(jīng)典力學(xué)理論和拉普拉斯決定論與吸收相對論和量子力學(xué)研究成果基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。經(jīng)典牛頓力學(xué)理論是遵循定律的、確定的、和諧有序的運(yùn)動。確定性系統(tǒng)的行為是可以預(yù)言的,拉普拉斯主張決定論式的結(jié)果可預(yù)測性。從牛頓到拉普拉斯,對客觀世界的描述是一幅完全確定的科學(xué)圖像。愛因斯坦的相對論否定了牛頓的絕對時空觀,量子力學(xué)的創(chuàng)立,揭示了微觀粒子運(yùn)動的隨機(jī)和不確定性,決定論框架中的隨機(jī)性的研究引出了混沌動力學(xué)的發(fā)展。混沌學(xué)的深入研究指出:世界是確定的、必然的、有序的,但同時又是隨機(jī)的、偶然的、無序的,有序運(yùn)動會產(chǎn)生無序,無序的運(yùn)動又包含著更高層次的有序。2混沌系統(tǒng)的特征混沌是一種關(guān)于過程的科學(xué)而不是關(guān)于狀態(tài)的科學(xué),是關(guān)于演化的科學(xué)而不是關(guān)于存在的科學(xué),是一種非周期的動力學(xué)過程?；煦缰刑N(yùn)含著有序,有序的過程中也可能出現(xiàn)混沌。一般說來,一個混沌系統(tǒng)具有以下特征?；煦缋碚撟鳛榉蔷€性科學(xué)的主干學(xué)科,具有如下主要特點(diǎn):2.1聚合回復(fù)性能初始條件的細(xì)微變化可能導(dǎo)致系統(tǒng)不成比例的放大。美國氣象學(xué)家絡(luò)侖茲用“蝴蝶效應(yīng)”(ButterflyEffect)來說明這一特性?！昂?yīng)”是指混沌系統(tǒng)對其初始條件異常敏感,以至于最初狀態(tài)的輕微變化能導(dǎo)致不成比例的巨大后果。對初始條件的敏感性,說明了系統(tǒng)的不確定性與不可預(yù)測性,即系統(tǒng)的非線性。2.2跨尺度線性時分法系統(tǒng)具有兩分形是指系統(tǒng)在不同標(biāo)度下具有自相似性質(zhì)。自相似性是指每一局部的形態(tài)與整體的形態(tài)相似,在一定程度上,部分是整體的再現(xiàn)和縮影。自相似性是跨尺度的對稱性,它意味著遞歸,即在一個模式內(nèi)部還有一個模式。由于系統(tǒng)特征具有跨標(biāo)度的重復(fù)性,所以可產(chǎn)生出具有結(jié)構(gòu)和規(guī)則隱蔽的有序模式。由此,分形具有兩個普通特征:第一,它們自始至終都是不規(guī)則的;第二,在不同的尺度上,不規(guī)則程度卻是一個常量。2.3極限環(huán)吸引子、實(shí)際吸引子、點(diǎn)吸引子吸引子使系統(tǒng)被吸引并最終固定于某一狀態(tài)。有三種不同的吸引子控制和限制物體的運(yùn)動程度:點(diǎn)吸引子、極限環(huán)吸引子和奇異吸引子。點(diǎn)吸引子與極限環(huán)吸引子都起著限制的作用以便系統(tǒng)的性態(tài)呈現(xiàn)出靜態(tài)的、平衡性特征,故它們也叫做收斂性吸引子。而奇異吸引子則與前二者不同,它使系統(tǒng)偏離收斂性吸引子的區(qū)域而導(dǎo)向不同的性態(tài),它通過誘發(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)測性。3基于一般系統(tǒng)論的教育系統(tǒng)設(shè)計的特點(diǎn)基于一般系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計具有線性、封閉性、決定論可預(yù)測性、負(fù)反饋等特征。3.1傳統(tǒng)的黨性教育系統(tǒng)方法是教學(xué)策略的重要組成部分,主要體現(xiàn)為政基于一般系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計定義與模型具有明顯的線性特征?；谝话阆到y(tǒng)論教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的肯普模式、狄克-柯瑞模式、史密斯-雷根模式以及烏美娜教授提出的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的一般過程模式等有一些共同的特性,即注重線性的操作程序,突出循序漸進(jìn)、合理有序、精細(xì)嚴(yán)密地運(yùn)用系統(tǒng)方法對教學(xué)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)者進(jìn)行分析,用具體、詳細(xì)的、可觀察的行為術(shù)語來描述教學(xué)媒體和教學(xué)策略,并依據(jù)總的教學(xué)目標(biāo)和具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)編制測試題,進(jìn)行形成性評價和總結(jié)性評價。3.2重視了教學(xué)系統(tǒng)的開放性,忽視了教學(xué)系統(tǒng)的開放性教學(xué)系統(tǒng)是社會大系統(tǒng)的一個子系統(tǒng),社會大系統(tǒng)中包含許多其他的子系統(tǒng)。社會大系統(tǒng)及其包含的其他子系統(tǒng)就是教學(xué)系統(tǒng)的大環(huán)境,教學(xué)系統(tǒng)與所處的環(huán)境必然要發(fā)生信息、物質(zhì)和能量的交換,是一個處于社會大系統(tǒng)中的動態(tài)變化系統(tǒng)?；谝话阆到y(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計更多地關(guān)注教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的構(gòu)建,而不同程度地忽視了教學(xué)系統(tǒng)的開放性,忽視了教學(xué)系統(tǒng)與外部環(huán)境進(jìn)行信息、物質(zhì)和能量的交換過程是一個動態(tài)的過程。美國學(xué)者巴納斯將其稱為微觀教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計。3.3對教學(xué)結(jié)果的定對定基于一般系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計受牛頓經(jīng)典力學(xué)確定論和拉普拉斯決定論影響,將教學(xué)視作確定的、有序的過程,認(rèn)為教學(xué)的結(jié)果是可以預(yù)測的。通過分析教學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部諸要素之間關(guān)系來制定學(xué)習(xí)目標(biāo)和實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)的程序策略,通過對程序的一步步嚴(yán)格執(zhí)行,實(shí)現(xiàn)預(yù)期目標(biāo)。3.4教學(xué)過程偏差的矯正基于一般系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計在實(shí)施教學(xué)的過程中通過負(fù)反饋來矯正教學(xué)過程各環(huán)節(jié)出現(xiàn)的偏差,努力減小或排除干擾因素。在教學(xué)過程中,前一步驟是后一步驟的必要條件,通過圍繞目標(biāo)的負(fù)反饋調(diào)節(jié),最終能實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。4廣義系統(tǒng)論為區(qū)別貝塔朗菲最初的一般系統(tǒng)論,將自組織理論、混沌理論和分形理論等理論群統(tǒng)稱為“廣義系統(tǒng)論”。由于基于一般系統(tǒng)論教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的局限性,美國學(xué)者尤(You,Y)早在1993年就嘗試將混沌學(xué)的非線性、開放性、非決定論的不可預(yù)測性、正反饋等概念引入教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,以克服基于一般系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的局限。4.1動態(tài)教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)混沌理論認(rèn)為具有復(fù)雜性特性的人類教學(xué)的情境多是模糊的,人類教學(xué)系統(tǒng)對初始條件具有敏感性,所以主張重視教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計的混沌特性,體現(xiàn)開放的非線性特征,強(qiáng)調(diào)動態(tài)教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)。隨著對學(xué)習(xí)本質(zhì)認(rèn)識的深入與技術(shù)發(fā)展對學(xué)習(xí)情境創(chuàng)設(shè)的進(jìn)一步支持,具有非線性特征的情境創(chuàng)設(shè)越來越受到眾多學(xué)者和實(shí)踐者的重視,如萊夫和溫格的《情景學(xué)習(xí):合法的邊緣性參與》和戴維.H.喬納森的《學(xué)習(xí)環(huán)境的理論基礎(chǔ)》等著作中對情境創(chuàng)設(shè)給予了密切關(guān)注。4.2開放性動態(tài)性混沌理論強(qiáng)調(diào)從宏觀的角度來看待教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,教學(xué)系統(tǒng)是社會系統(tǒng)的子系統(tǒng),是處于社會系統(tǒng)中的一個開放動態(tài)系統(tǒng),所以在學(xué)習(xí)目標(biāo)、策略、評價,學(xué)習(xí)活動和學(xué)習(xí)過程的設(shè)計上強(qiáng)調(diào)開放性、動態(tài)性。美國學(xué)者巴納斯強(qiáng)調(diào)把教育系統(tǒng)復(fù)合體納入社會大系統(tǒng)進(jìn)行教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計,在宏觀系統(tǒng)觀的基礎(chǔ)上提出了宏觀教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計理論。4.3不符合系統(tǒng)發(fā)展的特性對初始條件的敏感性,說明了系統(tǒng)的不確定性與不可預(yù)測性。在教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計中制定長期具體目標(biāo)是不符合系統(tǒng)發(fā)展變化特性的,因?yàn)榻虒W(xué)系統(tǒng)是動態(tài)變化的,教學(xué)過程中的一個小小的擾動變化,會被放大,產(chǎn)生意想不到的結(jié)果。4.4非線性正反饋效應(yīng)的結(jié)果—正反饋特征混沌理論指出混沌是信息之源,在教學(xué)過程中,一個意外的小小擾動可能被放大,打破原有系統(tǒng)的穩(wěn)定,使系統(tǒng)通過自組織達(dá)到新的穩(wěn)定態(tài)。這就是非線性正反饋效應(yīng)的結(jié)果——漲落放大為巨漲落?；趶V義系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計對教學(xué)過程中出現(xiàn)的小小擾動(或稱為干擾因素)不是采用完全負(fù)反饋形式將其限制或排除,而是將合理成分加以認(rèn)真對待,通過非線性正反饋效應(yīng)將其放大,打破原有系統(tǒng)穩(wěn)定,使系統(tǒng)向非穩(wěn)定態(tài)發(fā)展,再通過自組織達(dá)到新的穩(wěn)定態(tài)。在學(xué)習(xí)者認(rèn)知能力培養(yǎng)上,利用正反饋使學(xué)習(xí)者認(rèn)知結(jié)構(gòu)以穩(wěn)定-不穩(wěn)定-新的穩(wěn)定循環(huán)發(fā)展,形成螺旋式上升的認(rèn)知途徑。4.5提高元認(rèn)知能力是教學(xué)方案設(shè)計的重要因素之一系統(tǒng)的分形特性說明學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動和結(jié)果與學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知具有跨尺度的相似性,幫助學(xué)習(xí)者反思其學(xué)習(xí)活動,發(fā)展元認(rèn)知,提高元認(rèn)知能力應(yīng)該成為教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計考慮的重要要素之一。基于廣義系統(tǒng)論的教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)主張努力創(chuàng)設(shè)開放、動態(tài)、靈活的教學(xué)情境,充分調(diào)動學(xué)生的積極性,鼓勵反思,鼓勵交流,發(fā)展學(xué)習(xí)者的元認(rèn)知意識與能力以及處理復(fù)雜現(xiàn)實(shí)世界問題的能力。5從教學(xué)實(shí)際出發(fā),合理設(shè)計教學(xué)過程應(yīng)該是線性與非線性的辨證統(tǒng)一,線性的教學(xué)過