混沌理论在个别化学习中的应用研究.doc

混沌理论在个别化学习中的应用研究Reseach on Chaos Theory in the learning of individual studies蒋 进 jiangjin（泰州师范高等专科学校 江苏 泰州 225300）Taizhou teachers college Jiangsu Taizhou 225300【摘 要】混沌理论作为21世纪教育科学研究的理论基础之一，给传统学习观带来巨大冲击。混沌理论对个别化学习初始条件的确定、学习目标的制定、学习过程的控制、学习评价的有效性等方面都有积极的指导作用。理解和掌握一些基于混沌法则的学习技能才能更好地适应现代社会的复杂性。 The Chaos theory ，as one of the theoretical foundations of scientific research of education in the 21st century, brings enormous impact to the traditional study. The Chaos theory can positively guide several aspects of study, such as the determination of the initial condition of individual learning, the formulation of the study goals, the control of learning process, and the effectiveness of learning assessment. Understanding and grasping some study skills based on the Chaos theory can help better adapt to the complexity of the modern society. 【关键字】个别化学习；混沌理论；蝴蝶效应；吸引子；分形Individual Learning; chaos theory; butterfly effect;attractor;fractal在传统的教育体系中，学生往往是跟随教育体制的安排参与学习活动，而学生的态度倾向、学习风格、价值观等都不能得到及时有效的完善。网络、影视等媒体则成为影响学生每天微小变化的重要外界因素，学生每天发展轨迹的变化很大程度上来自于学校之外的社会环境，学校能够提供的仅是缺少个性的填充知识，有限的积极影响甚至不如社会环境的消极影响。现代社会的复杂化、多样化、个性化越来越突出，只有成为合格的终身学习者才可能有机会进入优势轨道，适应变化的社会。作为终身学习者，必须理解和掌握一些基于混沌法则的学习技能，建立适合自己的学习模式，才能让自己的轨迹变为优势曲线。一、混沌理论的几个概念混沌是20纪物理学中继相对论和量子力学之后与二者并称的三大发现之一。它不仅是重要的理论，更是研究非线性复杂现象的重要工具。所谓“混沌”,是指非决定论的不可预测性与无序性、复杂性、不平衡性、多样性、非线性即不稳定性的存在。混沌运动的背后隐含着一系列的内在规律。它的科学性和创新性使它成为21世纪教育科学研究的理论基础之一。1、非线性（Nonlinearity）非线性是典型的混沌运动矢量特征，是对混沌运动轨迹的描述。系统内的非线性变因是混沌产生的根本。而对于外随机因素引起的非线性运动不能称之为混沌运动。即使是确定性系统只要内部存在非线性变因，就会产生混沌运动，出现预料不到的结果。2、 蝴蝶效应(Butterfly Effect)“蝴蝶效应”是研究混沌理论的出发点，是对系统混沌不稳定性的形象描述。1963年美国气象学家洛伦兹(Lorenz)利用计算机研究天气预报，为了节省时间，将0.506127改为0.506作为初值输入，结果发现初值的微小变化竟产生了完全不同的天气预报结果。这种现象被称为“初始条件敏感性”。系统的混沌运动，无论是离散的或连续的、低维的或高维的、时间演化的还是空间分布的，均对初始值具有极度敏感性，即在起初发展方向上的一个微小变化会产生出完全不同的现象。3、 反馈（Feedback）反馈分正反馈和负反馈。类似于非线性，正反馈体现了秩序与混沌之间的一种张力。与线性系统的形成机制不同，非线性系统主要是通过正反馈逐步形成的。正反馈的作用就是通过进行一些使现存状态产生不稳定的操作与引入新的模式来放大系统偏差。与之对应，负反馈主要起调节平衡们用，阻止偏差出现，使系统保持在理想的稳定状态下。而不稳定性才是系统的正常状态。4、 奇怪吸引子(Strange Attractors)吸引子是系统的收敛表现，对行为运动范围的控制和限制体现出三种不同的吸引子： 吸引不动点、极限环和奇异吸引子（即混沌吸引子或洛仑兹吸引子）。前两者称为收敛性吸引子，起着限制系统运动的作用，使系统呈现出静态的平衡性特征。奇异吸引子则不同，它使系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同的性态。二、个别化学习中的混沌特征1、学习对象的复杂性有生命的系统总是在不断地克服外界施加于自身的力量，通过适应性调整，奔向自己选定的目标1。教育环境中的个体生命也不会只顺应教育固有的模式，他往往不按照教育者预设的轨道运行。即使同样的教育环境，同样的生存条件，也不会产生同样的结果。这可以从学习对象的整体和个体两方面去分析。就整体而言，智力发展水平、知识基础、个性特点、心理状态、学习风格、家庭环境等都不是整齐划一的。其整体呈现出一种无序性。就个体而言，表现范围、表现情境、心理状态等的不同，表现出不同的智力或能力。同一个人，有时能力超凡，有时特别笨拙；不同的心情、不同的场合，会呈现出不同的能力水平。个体的智力或能力也常常处于一种混沌状态。2、学习目标的多维性个别化学习模式中，学习对象的资质、能力、性向、兴趣、程度、性別、个性及身心发展参差不齐。因此，针对各类水平层次的学习对象特点，应做出针对性教学处理，而不要整齐划一、不作区分。具体地说，允许不同水平层次的学习对象选择不同要求的学习活动，达到不同的程度。要使学习对象真正获得自身可能的发展，就需要改变学习目标的一维性，设置多维的、多层次的学习目标。学习目标应充分考虑学习对象的兴趣，适应不同层次学习对象的需要，具有自身鲜明个性和独立性，不局限于固定的模式。当然这势必导致系统在总体上遵循学习目标的情况下，在局部范围内产生对学习目标的合理偏离，也正是这一状态触发整体教学系统局部呈现出丰富多彩，从而增强学习对象学习的创造性。3、学习过程的自相似性个别化学习具有非线性和开放性的特征。在个别化学习系统中，各种因素之间的关系呈现非严格的比例关系，这些非线性的关系不存在永久的平衡。学习动机、心理因素、生理变化等可能由一些细微的原因就会产生很不同的结果。所以设定精确计划控制学习过程是不太切合实际的。各因素之间的关系以及相互影响是不可预料，学习者应根据反馈及时调整自己的状态。从总体上把握基于资源的学习,可以找到个别化学习的学习过程的规律。这就体现了它的自相似性。个别化学习的学习过程的非线性变化也是不脱离其总体形态的前提下所呈现出来的自相似性。不同的学习对象、不同的认知策略、不同的学习环境等，都不会影响到个别化学习的自相似性2。4、学习评价的多元特征评价是一种度量，因此必须具有尺度。混沌理论告诉我们，任何事物不存在绝对尺度，只存在相对尺度。个别化学习模式下的评价是一个复杂、具有多元特征及不同的组合和自组织系统，我们不可能对学习评价给出一个准确无误的尺度。正如混沌理论中“遗漏信息”所说的一样,我们不可能穷尽地表征事物的无限属性空间，遗漏信息总是存在的，而且一“部分”和另一“部分”之间没有明晰的界限，要获得“所有”信息是不现实的。但不能因为难以给出一个准确无误的尺度而否定课堂教学评价或不去想法完善评价指标体系。应该设法使评价指标尽可能全面、科学、恰当地反映事物本质，使评价具有更高的可靠性、公平性和科学性。混沌理论提醒我们，现实世界永远在流动，任何语境都能够而且会改变，我们应该正确对待每一种评价3。三、混沌理论的应用研究个别化学习是相对于班组学习的概念产生的，其内涵可以包括非班组学习的、没有教师面授的所有学习活动。霍姆伯格说：“个体化是指学员对学习独立自主和灵活多变的安排”，学生的学习行为是根据个性需求、个人能力和个人感觉自主决定的，成为学习意义的主动构建者，其目的是解决个性发展的问题4。个别化学习在某种意义上讲就是采取各种调控措施使自己的学习达到最优化的过程。个别化学习过程中的各个要素交互作用、循环往复,影响或帮助学习对象完成自己既定的学习目标和任务。从蝴蝶效应的角度来看,任何细微的变化都有可能对整个学习系统产生巨大影响。混沌理论在个别化学习初始条件的确定、学习目标的制定、学习过程的影响、学习评价的指导等方面都有着积极的指导意义。（一）蝴蝶效应对初始条件确定的指导混沌系统对其初始条件异常敏感，初始状态的轻微变化将导致系统无法预料的发展和变化。混沌理论的这一特征直接与不确定性及不可预测性相关。初始条件的不稳定，将导致最终效果的不可预测。同样，对初始条件的敏感依赖性也包含着非线性特征，即系统某一部分中的微小混乱所产生的后果，能导致系统其他部分的巨大变化。在个别化学习的过程中,初始条件的微小变化也将导致最终学习结果的不可预测。1、 学习动机学习动机是推动学习对象进行学习活动的内在原因，是激励、指引学习对象学习的强大动力。它并不是某种单一的结构。学习对象的学习活动是由各种不同的动力因素组成的整个系统所引起的。其心理因素包括：学习的需要、学习兴趣、爱好或习惯等。学习动机是引起和维持个体的学习行为以满足学习需要的心理倾向，它是推动学习对象学习的内部动力5。良性学习动机的激发需要在一定的教学情境下，利用一定的诱因，使已形成的学习需要由潜在状态变为活动状态，形成学习的积极性。2、元认知过程元认知是学习对象对自己认知过程理解、控制和操作的知识与能力的自觉意识。它可以分为元记忆、元理解、自调、图式训练和迁移几个主要部分。由于思维的复杂性，学习过程应注意发展和培养元认知，有意识地运用分形迭代的思维方法和分形认识观点，开发元认知能力6。分形具有自相似性,它可以通过认识部分来映像整体,是关于整体与部分间关系的思维方法,是一种由线性到非线性认识世界的一种新的方法论。由于人的思维的复杂性,教学设计应注意发展和培养元认知,有意识地运用分形迭代的思维方法和分形认识观点,开发元认知能力,促进蝴蝶效应的产生。发展学习者的元认知意识是一种帮助他们处理复杂世界各种问题的方法，元认知的正确培养会影响今后一生的思维方式。掌握元认知过程的各组成部分并在学习中及时运用，有效促进学习对象科学思维方法的养成。3、学习环境学习环境，是指供学习者学习的外部条件。狭义地讲，就学生的学习环境可分为学校学习环境、家庭学习环境和社会学习环境。学校学习环境是指学校的校舍、师资、教学条件、教学手段、校风、学风等，这些都是影响学生学习的因素；家庭学习环境是指家庭为学生学习而提供的物质条件，安静舒适的房间，和睦的家庭关系，辅导学生学习的家庭成员7。社会学习环境是指影响学生树立正确的人生观、世界观和学习目的的社会氛围。学习环境是一动态概念，学习环境是与学习活动进程共存共生的，随着学习活动进程的展开，学习环境中的情况和条件也不断变化。把二者割裂开来就会导致静态的学习环境观。只有动态地把握学习环境，才能设计出有效的学习系统。（二）吸引子理论对学习目标制定的帮助混沌系统存在两个相反行为的吸引子收敛性吸引子与混沌吸引子。在个别化学习中，学习目标就属于收敛性吸引子，他起着限制系统运动的作用，使系统的性态呈现出静态的平衡性特征。这是因为学习目标是学习的出发点和归宿,学习对象根据目标所规定的知识体系和限定的方向进行学习，不至于迷失方向。因此，每一学习单元都必须首先确立学习目标,学习目标作为收敛性吸引子对整个学习系统的限定是至关重要的。学习对象可以作为奇异吸引子。不同的学习对象,以及同一学习对象处于不同的状况都会导致学习系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同。学习者的个体差异,如倾向性、动机、兴趣、知识基础和认知技能等,以一种混沌的形式,相互交织在一起,共同发挥作用,影响每一个学习事件。学习系统有着自组织的特点,在某种程度上,我们不能预测学习结果。学习对象状态的差异导致了在学习过程中一系列状态的差异。因此在学习过程中,不能让每一个学习者都采用一种学习模式,应该体现学习的不可预测性。在制定教学目标时，就需要改变教学目标的一维性，设置多维的、多层次的教学目标。（三）分形理论对学习过程的影响个别化学习过程具有非线性和开放性的特征。在学习系统中,各种因素之间的关系都呈现非严格的成比例关系,这些互动的关系是一种非线性的关系,关系的构成不存在永久平衡。学习对象的性向、兴趣、个性及身心等可能由一些细微的原因就会产生很不同的结果。所以按照原有设定的计划精确控制学习过程是不太切合实际的。各因素之间的关系以及相互影响是不可预料,学习者应根据反馈及时调整自己的状态。当然学习过程的非线性变化也是不脱离其总体形态的前提下所呈现出来的。学习者不同、认知策略不同、元认知不同、学习环境的营造不同,都不会影响到学习的自相似性。（四）复杂性在学习评价中的体现学习评价在评价内容方面，既要重视基本知识与方法的评价，又要注重学习态度与能力的评价；在评价方法方面，既要重视终结性评价，又要重视过程性评价；在评价方式方面，既要重视闭卷的理论笔试，又要重视开放性的实际操作能力评价。这些评价指标体系的建立是一个相当复