一、教学过程的理论思考
在我国,教学过程的研究从来就是“仁者见仁,智者见智”。最典型的是以哲学认识论为方法论,将教学过程视为一种认识过程并论证教学过程的特殊性,由此有“认识说”“认识—实践说”;以价值论为方法论,将教学过程视为一种追求教育价值目标实现的过程而有“价值增殖说”;从心理学和多学科的角度分析教学过程,又有“发展说”和“层次类型说”;从教学发展史考察而有教学过程的“传递说”“学习说”及“统一说”;以实践活动论为指导,把教学过程作为实践来看待,又有“实践说”;从教学过程的社会性、人际关系、师生互动或教学存在的本体论来分析,又有“交往说”;等等。
当人们谈论教学过程的时候,只要有过一定教学经验的人都会多多少少有自己的看法。然而,大多数理论的提出所根据的是什么?这些理论是不是多处于对问题的描述阶段?又有多少深入到本质的层次?这样,就引出了关于教学过程理论的科学基础这一严肃的话题。探求事物和现象的本源,深入到事物的内部寻觅现象的本质,是科学最重要的特征。作为把“教学看作一门教与学的学问来探索”的领域,教学论有所发展的正是它将有效教与学的研究深化到了探索其科学基础的程度。教学自其存在之日起,就绝非只是形而下的问题。在柏拉图《米诺篇》中,苏格拉底所为之努力的,不仅仅是我们通过对话所能直观的那些,也不仅仅是后人所归纳的具体“产婆术”,更重要的还有在一系列形式背后的、深藏于苏格拉底教学艺术之中的对教学深刻、完整的理解。
教学过程的研究,在教学论理论体系中,属于形而上的部分。它所要解决的核心问题,是教学究竟是什么的问题。显然,这是一种既关乎所有教学活动又远离一切具体教学过程的思索,并且这种思索是以相信存在着教学本质这样的信念为前提的。然而,这种本质的东西却难以寻觅。究其原因,苏联的B·П·拉普梅钦斯卡娅认为:众多学派的研究结论“有时缺乏彻底性”、不够“完善”,其“主要障碍”就是“缺乏科学的方法论基础”。在国内,王策三认为是由于“在理论上没有搞清楚。”我们认为,这是一个客观的评价。因此,在教学过程的研究中,其理论思路就显得至关重要。这种理论思路,主要是指整个教学过程理论建立的出发点和基本路线。只有具有正确、充分而周密的理论构思,遵循清晰的理论思路,才能建立起正确的教学过程理论,从而更有效地引导教学活动,并在进行这种活动的同时,总结出更具普遍意义的教学过程理论。正如著名心理学家勒温所指出的,没有任何一个东西比好的理论更加实用。而忽视理论的指导,满足于经验式的照抄照搬,那么教学过程理论的建构将是十分肤浅和具有局限性的,教学过程理论就很难得到发展。
在教学过程的研究中,由于面临更为复杂的情境和多种因素的交互影响,因此,理论思维就尤为重要。对于理论思维,恩格斯曾明确指出:“经验自然科学积累了如此庞大数量的实证知识材料,以至于在每一个研究领域中系统地和依据内在联系把这些材料加以整理,就简直成为无可避免。建立各个知识领域相互间的正确联系,也同样成为无可避免。因此,自然科学便走进了理论领域,而在这里,经验的方法就失效了,只有理论思维才能有所帮助。”这样,恩格斯不但强调了在相同领域内对材料加以系统整理的必要,而且提出了一个重要思想——认为需要在不同知识领域之间建立相互联系,而这种联系又只有通过理论思维来实现。
在教学过程研究中,人们常常有意无意地运用静态或动态的理论观点。前者把教学过程看成一种提供系统知识的活动,强调现有知识、理论、假设和原则,并设法在此基础上增加新的知识。后者承认现有知识的重要性,但主要把它作为进一步研究的基础,强调理论和相互关联的概念图式,并以此开展进一步研究。
采用静态还是动态观点进行研究,会直接影响教学过程研究的思路和效果。以静态观点从事研究,就比较忽视对以往研究的总结和理论基础的构建,缺乏清晰的理论思路,其结果往往是只满足于对某些教学现象的描述和解释,既忽视自身的理论发展,又不重视同一研究领域中有关研究之间的比较与沟通,因而缺乏效度。而动态观点则注重理论基础的构建,并在以往研究基础上形成进一步研究的明确思路,从而使所建构的理论具有较高的效度。
基于这种思路,我们认为,目前教学过程理论的不够“完善”,原因之一就是对过去几十年来科学领域所发生的、对教育教学工作影响深远的发展变化知之甚少。在这方面,不少处于科学研究金字塔塔尖的物理学家给我们的启示是深刻的。其中,最应该提到的就是赫尔曼·哈肯(Hermann Haken)。对于哈肯,人们熟知的是他终生“在物理学的最前沿拼杀”,“总是选择木板中最厚的地方钻孔”的物理学巨匠风格,但要知道,他其实也是一位杰出的教师,他对人类认识过程的本质,对科学的文化教育价值都有很深的思考和深切的关注。尤其是他创立的协同学,更是为打开教学过程理论之门,提供了一把金钥匙。
二、教学过程:从被组织到自组织的转变
1977年,联邦德国斯图加特大学物理学教授哈肯在研究由大量子系统构成的、相互间存在着复杂非线性相互作用的开放系统时,提出了协同学理论。
协同学采用序参量来描述一个系统的有序度,刻画系统从无序向有序的转变。一个系统有许多变量,如何确定哪些变量是决定系统有序度的序参量呢?哈肯分析了不同变量在临界点的行为:绝大多数参量在临界点附近阻尼大、衰减快,对系统状态的转变进程影响不大,这类参量称为快参量;一个或少数几个参量在临界点附近阻尼小、它不仅不衰减(或衰减极慢),而且始终左右着系统演化的进程,这类参量称为慢参量。快参量在系统的状态稳定性受到影响时,总是企图消除干扰,使系统重新恢复到稳定状态,所以对系统形成有序结构作用不大;慢参量在系统受到干扰时,总是使系统离开稳定状态,走向非稳定状态,同时又主宰着系统的演变过程,所以慢参量是决定系统向有序转变的“序参量”。
具有自组织结构的系统,其协同作用是通过内部各个子系统之间的相互影响和相互作用、各个序参量之间的相互协同和相互竞争来实现的。一般来说,各个子系统既存在着无规则的独立运动,又存在着有序的关联运动。在外界控制参量处于某一范围、子系统的独立运动占主导地位时,系统处于无序状态;而当关联运动占主导地位时,系统进入有序状态。在临界点附近,有时系统同时具有几个序参量,每个序参量对应于一种宏观有序结构。如果它们的衰减速度相同,处于势均力敌的状态,彼此便自动协调,共同形成某一有序结构;但是,随着外界控制参量的变化,序参量之间的竞争将被激化;当控制参量达到临界值时,某一序参量将会取胜,其他序参量便会迅速衰减乃至消失,最后出现一个由阻尼系数小的序参量单独主宰系统演变的局面,形成相应的有序结构。
协同学创建以来,不仅在自然科学和社会科学上得到了广泛应用,而且被很多心理学家应用于语言、视觉、运动和脑等方面研究的实验设计和结果分析。在脑和行为方面的研究中,协同学和其他非线性科学一样,研究的是大脑的相(系统不同的内部组合状态)和相变(相之间的转变)。由于非线性系统的相变往往表现为一种跳跃过程,因此,近年来运用超导量子干涉仪对大脑的研究正在实践和理论上检验和分析这种相变过程。结果表明,尽管大脑是复杂和多样性的结构,但它仍然表现出相变、新模式的形成等特征,并可以用协同学的概念和方法加以很好的描述。
基于协同学的广泛适用性,特别是心理学家在脑、行为和认知方面研究的成功范例,我们认为,在教学过程理论的建构中引入协同学是一个较新的理论思路。
一般认为,构成教学过程的要素包括学生、教师、教材和环境。其中教材是教学的客体,学生是教学的主体,而教师起主导作用。实际上,教学过程就是教学系统发展演化的过程,而该过程的主要子系统——学习系统(学生)的演化规律决定了教学系统发展的走向。
学习系统的核心是人的大脑。由于人脑约有1000亿个神经元,每个神经元与其他神经元的连接多达1000条。此外,每个神经元本身也是一个错综复杂的系统,这些神经元以高度复杂的方式联系在一起,能主动接受输入的信息,不断改善自身的结构和功能,实现与环境的协调,所以,学习系统属于自组织系统的范畴。因此,基于协同学理论,我们提出了一种新的教学过程
理论:教学过程是一个学生、教师、教材和环境相互协同的过程,是学生在教师引导下完成对教学内容掌握的同时其认知系统从被组织向自组织转变的过程。
教学系统作为一个系统,它既可以是被组织系统,又可以是自组织系统。所谓被组织,是指“该组织只有在外界干预下才能进行演化。它的组织化,不是自身的自发、自主的过程,而是在外部驱动力下的组织过程或结果。”
长期以来,我国的教学基本上是被组织过程。对此,有学者指出:“现在有一种普遍的提法:作为一个好的教师,应当‘课堂上解决问题’,把所教内容都‘讲深讲透’,不给学生课后留下疑难。所以我国教师都习惯于把知识组织得井井有条,对课程内容的每个细节作详尽的解说,对学生可能发生的误解一一予以告诫。”“这种教学方法的最大弊病在于,它把一个年轻人维持在小孩子的状态,老师要他怎么学,他就怎么学。”显然,这是一种典型的被组织状态。
解决这个问题的办法就是把教学过程从被组织向自组织转变。按照哈肯的定义,所谓自组织是指“如果一个体系在获得空间的、时间的或功能的结构过程中,没有外界的特定干涉,我们便说该体系是自组织的”。教学过程的自组织是指:在教师的引导下,学生的知识、技能和方法等参量之间进行相互协同和竞争,当学生的大脑进入从无序到有序的临界值时,导致只有少数序参量支配学生的认知系统,最终实现学生的认知从无序变为有序,达到“教是为了不教的目的”。
教学过程的自组织转变理论,体现了一种新的教学观。在这种过程中,教师的角色从“讲深讲透”向“画龙点睛”的引导转变,学生对教学内容的理解也从教师“讲”明白向自己“悟”出来转变,从死记硬背、机械训练向亲身体验、主动参与转变、从被动接受式学习向主动获取式学习转变,从而实现教学方式的根本转变。由于学生经历了一个由教师讲授到自我建构的过程,结果就使得学生“不但掌握住知识、定理和公理的意义、精神及其重要性”,[13]而且知道“其中有的东西是重要的,有的东西是美妙的,有的东西是值得跟人辩论得面红耳赤而不放手的”。表现在解决问题时,各种各样的策略就能够迅速检索而无须搜肠刮肚地对照做过的题型,在处理前一个步骤时就能在大脑中预感下一个步骤,根本无须暗暗回忆各种题型再思量其意义。即使进行创造性活动,也能凭直觉而非经验去探索正确的解决途径。所以,正是在这个意义上,我们认为教学过程的自组织转变不仅能使学生更好地掌握知识,而且也能很好地培养学生的能力。
教学过程的自组织转变理论,是一种动态理论,它关注教学过程的转变,并且认为,教学过程的被组织阶段不仅是重要的,而且是必须的,是自组织的必经阶段。只有当教学系统的被组织状态达到临界值时,才有可能转变为自组织结构。
三、方法:教学过程的序参量
如何实现教学过程从被组织到自组织的转变?根据协同学理论,需要找出教学系统演化过程中的序参量。
事实上,协同学中的序参量可以被赋予不同的意义,用来描述各种非平衡态系统。如果它表示速度和密度,就可以描述流体力学中的各种有序现象;如果它表示不同种类的分子浓度,就可以描述化学中的各种震荡反应;如果它表示生物学中的物种数目,便可以描述生物进化中的自然选择与生存竞争。
怎样合理确定教学过程中的序参量?这需要理论思维。一般来说,系统内的子系统自我排列,自我组织,似乎有一个“无形手”在操纵着这些成千上万的子系统;另一方面,正是通过这些大量子系统的协同作用才导致了这个“无形手”的产生,这个“无形手”就是序参量。根协同学理论和林崇德“教育与发展”的教学实验,我们提出:教学过程的序参量就是方法。
方法是人们在认识和改造客观世界的实践活动中总结出来的正确的思维方式和行为方式,是人们认识和改造自然的有效工具。作为一种基本的研究途径和方式,它与概念、规律等一些知识的东西是相平行的,包含在科学的范畴之中。方法中的思维方式主要包括分析、综合、抽象、概括、判断和推理等。而方法中的行为方式则主要包括一些具体的方法,比如教学中常用的比值定义法等。
按照现代教育观,作为人类认识结果的知识固然重要,但探求结果的方法则更为重要。知识本身并不是教育的目的,而是建立方法的工具和手段。因此,现代教育更关心怎样使传授知识的过程成为掌握方法、开发学生智慧的过程。如果学生学习了一门学科,但没有掌握其方法,那么,充其量只能说他们学过了这门学科,而不是掌握了这门学科。
我们认为,把方法作为教学过程的序参量,充分反映出了教学过程的特征,反映出了知识、方法和能力的关系。事实上,每一学科的方法就是该学科的逻辑语言或符号规则,是使本学科多种事实和原则互相联系起来,使该学科动作起来的手段和桥梁。各种方法综合起来就形成了探讨该门学科有效途径的方法论。经验证明,掌握了某一领域的研究方法,就能使学习者在这一领域内的能力按一定程序不断增长。对于教学来说,方法就是教学过程演化的灵魂。可以说,教学效果的好坏,在很大程度上取决于是否使学生学到了科学的思想和方法。
从知识结构形成的角度看,方法作为一种基本的研究方式,它纵横交错、贯穿于整个知识领域之中,把不同的知识相互联系起来从而形成知识结构。从认知结构形成的角度看,只有通过方法的参与,才能使客观存在的知识结构转化为学生头脑中的认知结构。通过学生对新知识的加工、组织、简化、记忆、系统化重建及应用等过程,原有的认知结构会演变为更加清晰牢固的新的认知结构。所以,在教学中,学生如果没有学会通过方法在自己的头脑中把大量的知识编织成一个层次清晰、逻辑严密的结构或网络,就无法不断接收、容纳新的信息,也就无法不断完善自己的知识结构。
从学科教学实践角度看,近年来我国课程教学改革实践也充分支持这一观点。比如,浙江省教育厅教研室从1989年开始,积极推动广大中学物理教师结合教学实践,开展方法教育的研究。经过多年的探索,他们得到的结论是:“方法是通向能力的桥梁,能力既依赖于知识,更依赖于方法。在某种意义上,方法本身是能力的一部分。能力培养可以从强化方法教育入手。”上海市总结近年来物理课程改革经验得出的结论是:“能力与方法是密切联系的。一般地说,人们完成某方面任务能力的强弱,是与掌握完成这方面任务的方法的自觉程度与熟练程度密切相关的。可以认为,方法是能力的‘核心’,是对能力起决定性作用的因素。”这从学科教学实践的角度佐证了方法的序参量性质。
哥德尔定理证明,一种足够丰富和前后一贯的理论,是不能由它本身,或者比它本身更不完善或更“弱”的手段来证明自身的无矛盾性;一个理论体系如果仅仅以自身的手段为工具去证明自己,就必定会导出一些不能决定其真伪的命题来。因此,任何一个理论体系就其自身来说总是不完备的。一个理论体系要证明自身的无矛盾性,就必须借助另一个比它更完善或者说更“强”的理论。教学过程的转变理论,由于把理论建构置于协同学这一坚实的基础之上,从而使所建构的理论不仅具有较高的内部效度,而且也具有较高的外部效度。
教学过程转变理论的基本思想,集中于教学过程中学生、教师、教材和环境的多向性协同作用,并且认为,在这种协同作用中学生、教师教材与情境是相互依存而非单方面所决定的。其基本观点有四个方面:1.教学行为是学生、教师、教材与所处情境之间多方向的连续的协同作用的结果;2.在相互协同作用的情境方面,情境对于教学过程的转变是基本因素;3.在相互协同作用的教师方面,教师的引导是教学过程转变的重要因素;4.在相互协同作用的学生方面序参量的出现是教学过程转变的决定因素。
教学过程的转变理论,为真正从教学本质的角度对教学过程作出描述、解释和预测,提供了理论和方法方面的指导,特别是对教学过程机制的研究提供了较系统的分析手段,为教学过程理论的进一步研究提供新的视角和有益的启示。
四、教学过程自组织的实现条件
实现教学过程从被组织到自组织的转变,需要满足以下条件。首先,教学过程必须开放。这是因为,一个系统只有开放才能有序。有序的结构需要输入物质、能量或信息,并与外界进行交换才能维持,封闭的系统无法进行有效的交换,因而最终变为混沌。
教学过程的开放,关键是要有真实的交流。所谓真实的交流,就是学生自己产生问题,不是教师提出问题,更不是为了提问题而进行的虚假交流。在这个问题上,中外教育有很大差异。1999年,美国科学教育协会代表团访问上海,在一所著名中学听课,任课教师是一位特级教师。其教学内容精当,层次清楚,节奏紧凑,学生活动充分,教师的提问设计精心,学生的回答清晰明了。可是美方反映却很平淡,他们说,课堂上都是教师提问,学生回答,既然学生都能回答了,这堂课为什么还要上呢?上课应该是学生有问题,学生提问,教师回答,师生相互交流、共同讨论。这不仅反映了两种根本不同的教学思想,而且教学过程的开放与封闭,一目了然,令人深思。
其次,教学过程必须远离平衡态。根据自组织理论,非平衡是有序之源。在平衡态,系统处于稳定状态,系统朝着均匀、无序和简单的方向发展,不可能产生自组织结构。当系统远离平衡态时,才有可能进入有序状态,形成新的有序结构。教学过程远离平衡态,才能够使学生原来的认知状态被远离平衡态的刺激所打破,发生“协同”或更深刻的“竞争”过程,使认知结构得到充实或变革,达到新的水平和新的平衡。布鲁纳认为,“为了促进学生的思维状态处于非平衡态,教师必须努力启发他们自由灵活地思考问题。”即要求学生不满足已有的理论和知识体系,具有怀疑的态度和批判的精神。
第三,促进教学过程非线性相互作用的发展。协同学理论指出,只有在系统内各要素之间存在着非线性相互作用的情况下,才能形成自组织结构。因为非线性相互作用,使各个要素之间产生相干效应和协同作用。从本质上讲,任何线性系统不会有进化和质变,所以,哈肯认为,“控制自组织的方程本质上是非线性的”,“这些非线性项起着决定的作用”。
我国教学的优良传统是教学的内在联系紧密,条理清晰,逻辑严密。然而,在教学实践中,人们“总觉得我国的教学中还缺少点什么。我国学生每当遇到问题时,总是一开始便埋头用系统的理论工具按部就班地作详尽的计算”。我们认为,所缺少的不是别的,正是直觉思维和科学洞察力。
在教学过程中,直觉思维作为一种非线性思维,其特点在于它既不受“时间顺序”的束缚,又不受“逻辑顺序”的束缚,具有跨越时间和空间的性质,可以在事物细节尚未分明的情形下对整个事物进行感知。为了促进教学过程从被组织向自组织的转变,必须重视发展学生的直觉思维。这样,就应当根据学生的知识水平,选择恰当的内容,有计划地训练学生从整体出发,用猜测、跳跃的方式,直接而迅速地寻找解决问题的方案,如果得出荒谬或与事实不符的结论,则重新进行,直至解决问题。
第四,通过随机涨落促进教学过程从被组织向自组织转变。涨落是指系统的某个变量对系统状态统计平均值的偏离。在远离平衡态的非线性区,系统中一个随机的微小扰动或涨落,通过非线性相干和连锁效应被迅速放大,形成整体的宏观巨涨落,导致系统发生突变,形成新的有序结构。
“涨落导致有序”。因此,教学中教师应当创造自由民主的课堂教学氛围,鼓励学生大胆提出见解,引导学生深化各种各样的想法而不去追究产生的理由,通过学生与教师和其他学生进行对话、争论乃至辩论,在思维的交流与碰撞中闪现出智慧的“火花”。教师还应当通过科技史的介绍使学生了解“涨落导致有序”的必然性,为学生重视涨落奠定心理基础。
杨振宁先生在多次谈话中比较了中美两国的教育方式。他提到中国传统教育提倡“透彻式”的教学方法,认真的学习态度,这有利于学生打下扎实的根基,但相对来说,缺少创新意识;美国则提倡“渗透式”的教学方式,其特点是学生在学习的时候,对所学内容往往还不太清楚然而就在这过程中已经一点一滴地学到了许多东西,培养出来的学生有较强的独立思考能力和创造能力,易于很快进入科学发展的前沿,但不如前者根基扎实。他认为中美两种教育方式各具特色,长短互补,若能将两者的优点和谐地统一起来,在教育方法上无疑是一个突破。
由于我国学生总是学习教科书(系统封闭),听老师的话(处于平衡态),认为科学就是逻辑(线性相互作用),不善于提出新的想法(缺乏涨落),这就造成了我国学生根基扎实但“缺少创新意识”的问题。因此,我国“透彻式”的教学在很大程度上属于被组织范畴。而美国学生总是进行广泛的学习(系统开放),怀疑和否定权威(远离平衡态),异想天开(非线性相互作用)和标新立异(注重涨落),这就形成了美国学生根基不够扎实但创造能力较强的状况。所以,美国“渗透式”的教学则更多地归于自组织范畴。
怎样改变传统的教学方式?杨振宁先生认为,“这涉及整个社会风气,因而是件困难的事。这件事如果做成功,也是一种革命。这是个比在一门学问里创造新的学问还要难得多的事。”这启示我们:教学改革,任重而道远。
参考文献:
[1]王策三.教学论稿[M].北京:人民教育出版社,1990.30.
[2]王重鸣.心理学研究方法[M].北京:人民教育出版社,1990.30.
[3]恩格斯.自然辩证法[M].北京:人民出版社,1971.321.
[4]郭治安,等.协同学入门[M].成都:四川人民出版社,1988.3.
[5]庄建成,张侃.协同学在脑和行为研究方面的一些应用[J].心理学动态,1997,(2):6—10.
[6]Kelso J A S.Bressler SL,Buchanan S,De Guzman GC.Ding M.Fuchs A Holroyd T .Cooperative and Critical Phenomena in t he Human Brain Revealed by Multiples IDS.In:D Duke Pritchard. Measuring Chaos in the Human Brain n[M].Singapore: World Scientific,1991.97-112.
[7]Kel so J AS,Bressler SL,Buchanan S,De Guzman GC,Ding M,Fuchs A,Holroyd T.A Phase Transition in Human Brain and Behavior[J].Physics L etters,1992.
[8]Fuchs A,Kelso J AS.Pattern Formation in t he Human Brain during Qualitative Chanes in Sensorimeter Coordination[J].W orl d Cong ress on t he N eural Net w orks,1993,(4):476-479.
[9]Jirsa V K,Friedrich R,Haken H,Kel so Kel so J AS.A T heoretical M odel of Phase T ransition i n t he H um an B rai n[J].B iological Cybemetics,1994,71:27-35.
[10]H哈肯.大脑工作原理———脑活动、行为和认知的协同学研究[M].郭治安,吕翎,译.上海:科技教育出版社,2000,6.
[11]Haken H.I n f ormation and S el f-or gani z ation:AM arcroscopic A p p roach to Cp m plex s ystems[M].Berlin New York:Oxford universit y Press Inc.1988.6,11.
[12]赵凯华.我国高等学校物理教育的现状及改革的思考[J].物理,1995,(11):663-665.
[13]杨振宁.杨振宁文集[M].上海:华东师范大学出版社,1998.839,408,469.
[14]林崇德.教育与发展[M].北京:北京师范大学出版社,2002.548.
[15]浙江省教育学会中学物理教学分会.高中物理方法教育研究[M].杭州:浙江教育出版社,1995.6.
[16]张民生.中学物理教育学[M].上海:上海教育出版社,1999.140.
[17]雷永生.皮亚杰发生认识论述评[M].北京:人民出版社,1987.19.
[18]庞海波.论创造性思维的自组织机制[J].心理科学,2000,(2):250—251.
