系统科学理论的发展对教学系统设计的影响

2008-11-29 15:24阅读：

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系统科学理论的发展对教学系统设计的影响
罗发奋，华南师范大学现代远程教育研究所，广州 510631

摘要：系统科学理论作为教学系统设计的理论基础之一，其发展变化对教学系统设计理论与实践产生着深刻影响，本文概要介绍系统科学理论发展阶段与特点，并在此基础上分析了系统科学理论从一般系统论到广义系统论的发展对教学系统设计的具体影响。同时指出，在实践中应根据具体情况取长补短，合理利用，反对完全否定一方面而肯定另一方面的极端做法。
关键词：系统科学理论；教学系统设计；混沌理论；自组织理论

系统科学理论作为教学系统设计的主要的理论基础之一，其发展经历了从20世纪40-60年代一般系统论的诞生到20世纪60-80年代自组织理论的兴起，再到20世纪80年代后非线性科学理论的迅速发展几个阶段。随着系统科学的发展，教学系统设计的理论与实践也随之发展着深刻的变革。近几年来，国内外不少学者已经尝试将自组织理论、分形理论、混沌理论等引入教学系统设计领域，打破传统教学系统设计线性、封闭性、决定论可预测性、负反馈等局限，使教学系统设计向非线性，开放性，动态性、非决定论不可预测性和正反馈发展。
一、系统科学理论发展概述
（一）系统论的诞生与发展
1947年，奥地利生物学家冯·贝塔朗菲(Vo

n Bertalanffy)发表了《一般系统论》，为系统论奠定了基础。1948年，美国数学家香农(Shannon)提出了狭义信息论。同年，美国物理学家维纳(Wiener)提出了控制论。一般系统论、狭义信息论、控制论被统称为一般系统论，它们分别是研究某一领域而发展的理论，后来逐渐发展成为具有方法论性质的横断学科，在自然科学、社会科学等众多学科领域得到了广泛应用。
20世纪60-80年代，以耗散结构理论、协同学、超循环和突变论为代表的自组织理论先后兴起，是系统科学理论发展的第二个阶段。1969年,比利时化学家伊.普里戈金(I.Prigogine)在《结构、耗散和生命》一文中首次提出了耗散结构理论。1971年，德国科学家哈肯(H.Haken)首次提出“协同”概念，1977年发表了《协同学导论》。1970年，英国生物化学家艾根(M.Eigen)提出了超循环思想，并于1971年发表了《物质的自组织和生物大分子的进化》一文，正式建立了超循环理论。1972年，法国数学家勒内.托姆(R.Thom)出版了《结构稳定性与形态发生学》，英国数学家奇曼将之命名为“突变论”。
1975年数学家芒德勃罗(B.B.Mandelbrot)出版了《分形、形、形态、机遇和维数》，宣告了分形几何学的问世。1961年，美国气象学家络仑兹用计算机模拟大气湍流时意外发现了“蝴蝶效应”，引发了科学家对混沌现象的兴趣，到20世纪80年代后，以混沌学、分形几何学为代表的非线性科学开始蓬勃发展，是系统科学发展的第三个阶段。非线性科学研究系统结构形成后如何生长和演变，尤其是复杂巨系统如何演变发展的问题。分形、混沌和孤立子是非线性学科的三个主干学科，也是非线性科学最主要的基本概念。
（二）系统科学的基本特征
一般系统论认为，系统就是指由相互联系、相互制约的若干组成要素结合在一起并具有特定功能的有机整体。世界上的一切事物、现象和过程几乎都是有机整体，且又自成系统、互为系统。每个系统都与其所处的环境发生物质、能量与信息的交换中变化发展。系统具有集合性、关联性和目的性。
自组织理论从宏观上不同层次解释了系统通过“自己组织起来”形成结构、完善进化的特性。自组织理论指出，一个远离平衡的开放系统通过与外部环境进行物质、能量、信息的交换，能够形成有序的结构，或从低序向高序的方向演化。同时指出开放性、远离平衡态、非线性相互作用和涨落是自然系统演化的自组织机制。
混沌理论是批判牛顿经典力学理论和拉普拉斯决定论与吸收相对论和量子力学研究成果基础上发展起来的。经典牛顿力学理论是遵循定律的、确定的、和谐有序的运动。确定性系统的行为是可以预言的，拉普拉斯主张决定论式的结果可预测性。从牛顿到拉普拉斯，对客观世界的描述是一幅完全确定的科学图像。爱因斯坦的相对论否定了牛顿的绝对时空观，量子力学的创立，揭示了微观粒子运动的随机和不确定性，决定论框架中的随机性的研究引出了混沌动力学的发展。混沌学的深入研究指出：世界是确定的、必然的、有序的，但同时又是随机的、偶然的、无序的，有序运动会产生无序，无序的运动又包含着更高层次的有序。
二、混沌理论的主要特征
系统科学理论将事物或现象看作一个整体来研究，从全局分析事物内部要素之间以及要素与外部环境的关系，反对孤立、片面地从局部分析事物或现象，但一般系统论在具体应用领域，仍然未能有效冲破牛顿经典力学的确定性、还原性与拉普拉斯决定论的结果可预测性以及系统的相对封闭性等思想枷锁。到20世纪80年代，混沌理论研究的兴起使人们认识到复杂系统的非线性，开放性，动态性、非决定论不可预测性、正反馈特性，为突破牛顿经典力学确定论与拉普拉斯决定论提供了有力武器。
混沌理论作为非线性科学的主干学科，具有如下主要特点：
（一）对初始条件的敏感性。初始条件的细微变化可能导致系统不成比例的放大。美国气象学家洛仑兹用“蝴蝶效应”(Butterfly Effect)来说明这一特性。“蝴蝶效应”是指混沌系统对其初始条件异常敏感，以至于最初状态的轻微变化能导致不成比例的巨大后果。如美国洛杉矶的一场龙卷风可能起因于一只亚麻逊的蝴蝶振翅时搅动的气流。对初始条件的敏感性，说明了系统的不确定性与不可预测性，即系统的非线性。
（二）分形(Fractals)。分形是指系统在不同标度下具有自相似性质，在分形几何学中，自相似形是指每一局部的形态与整体的形态相似，在一定程度上，部分是整体的再现和缩影。而自相似性则是跨尺度的对称性，它意味着递归，即在一个模式内部还有一个模式。由于系统特征具有跨标度的重复性，所以可产生出具有结构和规则隐蔽的有序模式。由此，分形具有二个普通特征：第一，它们自始至终都是不规则的；第二，在不同的尺度上，不规则程度却是一个常量。
（三）奇异吸引子(Strange attractors)。吸引子使系统被吸引并最终固定于某一状态。有三种不同的吸引子控制和限制物体的运动程度：点吸引子、极限环吸引子和奇异吸引子。点吸引子与极限环吸引子都起着限制的作用以便系统的性态呈现出静态的、平衡性特征，故它们也叫做收敛性吸引子。而奇异吸引子则与前二者不同，它使系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同的性态，它通过诱发系统的活力，使其变为非预设模式，从而创造了不可预测性。依此看来，宇宙也受到各种变量的束缚，这些变量对宇宙的活动加以限制，但并不总是允许人们做出简单的预测。总之，正是一个系统的两个相反行为（收敛性吸引子与奇异吸引子）之间的相互作用与张力触发了一个局部丰富多样的复杂的巨大模式。
混沌是一种关于过程的科学而不是关于状态的科学，是关于演化的科学而不是关于存在的科学，是一种非周期的动力学过程。混沌中蕴含着有序，有序的过程中也可能出现混沌。一般说来，一个混沌系统具有以下特征：混沌是一个非周期性的动力学过程，是不可逆的；对初值呈敏感的依赖性，混沌系统中一个小小的扰动变化，会被放大，产生意想不到的结果；长期行为不可预测。
三、基于一般系统论的教学系统设计的特征
系统论认为，教学系统是实现一定教育目的，各种相互联系、相互作用的要素构成的，具有教育功能的综合体。一般系统论强调从整体出发分析系统内部要素以及要素与外部环境之间的关系来设计教学，反对将教学系统简单分解为独立的部分进行设计。基于一般系统论的教学系统设计仍未能突破还原论思想，使教学系统设计上具有线性、封闭性、决定论可预测性、负反馈等特征。
（一）教学系统设计的线性特征
基于一般系统论的教学系统设计定义与模型具有明显的线性特征。例如，肯普的教学系统设计定义“教学系统设计是运用系统方法分析研究教学过程中相互联系的各部分的问题和需求，在连续模式中确立解决它们的方法步骤，然后评价教学成果的系统计划过程”；加涅在1992对教学系统设计的定义为“教学是以促进学习的方式影响学习者的一系列事件，而教学系统设计是一个系统化规划教学系统的过程”；乌美娜教授认为“教学系统设计是运用系统方法分析教学问题和确定教学目标，建立解决教学问题的策略方案、试行解决方案、评价试行结果和对方案进行修改的过程”。三个定义均强调了系统方法应用，强调了程序性的过程，都隐含着线性特征。基于一般系统论教学系统设计的肯普模式、狄克---柯瑞模式、史密斯----雷根模式以及乌美娜教授提出的教学系统设计的一般过程模式等有一些共同的特性，即注重线性的操作程序，突出循序渐进、合理有序、精细严密地运用系统方法对教学目标、学习内容、学习者进行分析，用具体、详细的、可观察的行为术语来描述教学媒体和教学策略，并依据总的教学目标和具体的学习目标编制测试题，进行形成性评价和总结性评价。
（二）教学系统的相对封闭性特征
教学系统是社会大系统的一个子系统，社会大系统中包含许多其他的子系统。社会大系统及其包含的其他子系统就是教学系统的大环境，教学系统与所处的环境必然要发生信息、物质和能量的交换，是一个处于社会大系统中的动态变化系统。基于一般系统论的教学系统设计更多地关注教学系统内部的构建，而不同程度地忽视了教学系统的开放性，忽视了教学系统与外部环境进行信息、物质和能量的交换过程是一个动态的过程。美国学者巴纳斯将其称为微观教学系统设计。
（三）学习目标的可预测性特征
基于一般系统论的教学系统设计受牛顿经典力学确定论和拉普拉斯决定论影响，将教学视作确定的、有序的过程，认为教学的结果是可以预测的。通过分析教学系统内部诸要素之间关系来制定学习目标和实现学习目标的程序策略，通过对程序的一步步严格执行，实现预期目标。
（四）负反馈特征
基于一般系统论的教学系统设计在实施教学的过程中通过负反馈来矫正教学过程各环节出现的偏差，努力减小或排除干扰因素。在教学过程中，前一步骤是后一步骤的必要条件，通过围绕目标的负反馈调节，最终能实现预期的目标。这是线性的、封闭的、负反馈的、决定论可预测的教学系统设计。
四、基于广义系统理论的教学系统设计的特征
为区别贝塔朗菲最初的一般系统论，将自组织理论、混沌理论和分形理论等理论群被称为“广义系统论”。由于基于一般系统论教学系统设计的局限性，美国学者尤（You,Y）早在1997年尝试将混沌学的非线性、开放性、非决定论的不可预测性、正反馈等概念引入教学系统设计，以克服基于一般系统论的教学系统设计的线性、封闭的、负反馈的、决定论可预测性局限。
（一）教学系统设计的非线性特征
混沌理论认为复杂系统具有混沌特性。人类教学系统是一个复杂的动态系统，其复杂性体现在教学主体的复杂性，教学系统内部要素之间关系的复杂性，系统与环境之间关系的复杂性等等方面。混沌理论认为具有复杂性特性的人类教学的情境多是模糊的，人类教学系统对初始条件具有敏感性，所以主张重视教学系统设计的混沌特性，体现开放的非线性特征，强调动态教学情境的创设。随着对学习本质认识的深入与技术发展对学习情境创设的进一步支持，具有非线性特征的情境创设越来越受到众多学者和实践者的重视，如莱夫和温格的《情景学习：合法的边缘性参与》和戴维.H.乔纳森的《学习环境的理论基础》等著作中对情境创设给予密切关注。
（二）教学系统的开放性特征
基于一般系统论的教学系统设计重点考虑教学系统内部要素之间的关系，并以此来制定目标、策略和评价，教学系统相对社会大系统而言是一个封闭系统。混沌理论强调从宏观的角度来看待教学系统设计，教学系统是社会系统的子系统，是处于社会系统中的一个开放动态系统，所以在学习目标、策略、评价，学习活动和学习过程的设计上强调开放性，动态性。美国学者巴纳斯强调把教育系统复合体纳入社会大系统进行教学系统设计，在宏观系统观的基础上提出了宏观教学系统设计理论。
（三）制定教学目标时，短期具体目标与长期概要目标相结合的特征
混沌理论“蝴蝶效应”指出复杂系统对其初始条件异常敏感，以至于最初状态的轻微变化能导致不成比例的巨大后果。对初始条件的敏感性，说明了系统的不确定性与不可预测性，在教学系统设计中制定长期具体目标是不符合系统发展变化特性的，因为教学系统是动态变化的，教学过程中的一个小小的扰动变化，会被放大，产生意想不到的结果。
（四）正反馈特征
基于一般系统论的教学系统设计采用负反馈的方式对教学过程各个环节进行修正，对偏离预定目标的现象加以限制或排除。混沌理论指出混沌是信息之源，在教学过程中，一个意外的小小扰动可能被放大，打破原有系统的稳定，使系统通过自组织达到新的稳定态。这就是非线性正反馈效应的结果——涨落放大为巨涨落。基于广义系统论的教学系统设计对教学过程中出现的小小扰动（或称为干扰因素）不是采用完全负反馈形式将其限制或排除，而是将合理成分加以认真对待，通过非线性正反馈效应将其放大，打破原有系统稳定，使系统向非稳定态发展，再通过自组织达到新的稳定态。在学习者认知能力培养上，利用正反馈使学习者认知结构以稳定-不稳定-新的稳定循环发展，形成螺旋式上升的认知途径。
（五）强调反思、发展元认知
系统的分形特性说明学习者的学习活动和结果与学习者的元认知具有跨尺度的相似性，帮助学习者反思其学习活动，发展元认知，提高元认知能力应该成为教学系统设计考虑的重要要素之一。相对封闭的、线性的教学系统设计往往重视教师教学过程设计，忽视学生参与设计。基于广义系统论的教学系统设计主张努力创设开放、动态、灵活的教学情境，充分调动学生的积极性，鼓励反思，鼓励交流，发展学习者的元认知意识与能力，帮助学习者发展处理复杂现实世界问题的能力。
五、结语
在国内外的专家学者的努力下，广义系统论的思想已逐渐渗透至教学系统设计领域，使教学系统设计向非线性，开放性，动态性、非决定论不可预测性和正反馈发展，这种发展是对基于一般系统论的教学系统设计的否定。然而，混沌理论指出混沌中蕴含着有序，有序的过程中也可能出现混沌。教学过程应该是线性与非线性的辨证统一，线性的教学过程中需要非线性的教学策略，而非线性的教学过程也会出现线性的教学策略，在实践中可根据教学目标，合理应用。如果要求学生掌握的是显形的知识和技能，则可用传统教学系统设计理论来解决和实现，如果要求学生掌握的是隐性的知识，或开发学生发散思维等创新能力，则可按混沌理论指导，设计非线性的、具有真实情景特征的环境让学生自己建构。所以教学系统设计的理论应线性与非线性，有序与无序，正反馈与负反馈辨证统一，来促进学生对知识的掌握和能力的发展。在实践中，应避免肯定广义系统论思想而完全否定一般系统论思想，这种做法是极端的，往往也是危险的，应针对具体情况取长补短，合理应用。

参考文献：
[1] 乌美娜，教学设计[M]高等教育出版社，1994.4
[2] R·M·加涅，教学系统设计原理[M]华东师范大学出版社 2001.3
[3]黄顺基，自然辩证法概论[M]高教教育出版社，北京，2004.4 P65
[4] You Y.What Can We Learn from Chaos Theory? An Alternative Approach to Instructional Systems Design，ETR&D，1993，41（3）：17-32
[5]钟志贤，阐释学、模糊逻辑、混沌理论与教学系统设计［Ｊ］电化教育研究，2004.02
[6]徐晓雄，混沌理论视野中的教学系统设计[Ｊ]电化教育研究2002.12
[7]王强，教育复杂性研究进展，http://www.edu.cn/20031029/3093496.shtml, 2005.04.03
[8]叶谰，世纪初中国教育理论发展的断想[J]华东师范大学学报，2001年3月
[9]成思危，复杂性研究与管理[J]南昌大学学报，2000.03
[10]朱云东钟玉琢，混沌基本理论与教学系统设计发展的新方向[J]电化教育研究，

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