杜爱慧

(河南师范大学物理与信息工程学院 河南新乡 453007)

随着课程改革的进一步深入和素质教育的全面推进，要求减负增效的呼声越来越高．有效教学的核心就是提高教学的效益，它追求的是学生所获得的进步和发展;学生进步越大，教学就越有效．那么，如何在有限的教学中收到最大的教学效益呢?笔者认为，从耗散结构理论出发，让学生的思维系统全方位开放，处于非平衡状态，以及努力促使学生思维的自组织过程是提高物理教学效率的有效策略之一．

1 耗散结构理论

1969年比利时学者普利高津创立了“耗散结构”理论．耗散结构理论认为:一个远离非平衡状态的开放系统，只要通过不断地交换物质与能量，在外界条件变化达到一定的阈值时，系统可以产生突变，从原有的混沌无序状态转变为更高级的有序状态;有序的组织可以通过一个自组织过程从无序和混沌中自发地产生出来．这种在远离平衡情况下形成的新的有序结构，依靠不断地耗散外界的物质和能量来维持，即为耗散结构．耗散结构是动态的结构，开放与非平衡是其形成的必要条件．

现代教育科学研究认为，人脑系统是一个耗散结构，伴随着负熵的输入，就会导致系统处于非平衡态，进而能有效地吸纳新知识，解决新问题，实现由简单到复杂，从无序到有序．人的学习过程是一个远离平衡、不断形成新的有序结构的过程．因此，物理教学中，要使学生积极主动的参与教学，实现“学生是主体，教师是主导”的课改理念，教师就必须善于设置各种物理问题情境，充分培养学生的兴趣;即从教学以外输入持续学习的能量，通过教学组织的有序保持，使学生形成一个有序的、稳定的自组织过程，从而提高教学的质量，达到教师有效教学与学生有效学习的可持续良性互动．例如，可根据教学内容，设计一些开放性、富有挑战性、趣味性、实用性的问题，引发学生的认知冲突，打破学生思维上的平衡状态，使学生的大脑思维系统充分有效地开放，处于矛盾不断产生又不断解决的动态过程中，促使学生处于积极的思维状态;让学生在生疑、质疑、释疑的困惑中，使信息流从各个渠道输人大脑中，使思维从无序向有序演化，最终实现突变、升华．可见，运用耗散结构理论来指导物理教学，研究学生的认识过程怎样才能从混沌无序逐步转变为有序，将给物理课堂教学带来新的勃勃生机，也将提高物理教学的“效率”和学生的学习绩效，做到教师的有效教学和学生的有效学习．

2 耗散结构理论视野下物理有效教学的策略

2． 1 让学生的思维系统全方位开放 广泛地摄入大量信息

耗散结构理论认为，提高系统有序度的关键是系统的开放．只有通过与外界不断进行物质、能量和信息的交流，系统才具有勃勃生机，才能不断地向前发展．因此，在整个物理教学中必须促进学生思维系统的全方位开放，更加广泛而有效地获得更多的物理信息，从而使学生的大脑始终处于积极主动的思维状态．

要有效地开放学生的思维系统，必须拓展教学的时间和空间，拓宽教学的视野，增大信息的输入量．在物理教学中，教师可以从以下几方面展开．

首先，要保证信息输入的多渠道．除了在课堂上、物理实验中获取信息外，教师还可以引导学生从日常生活中、从多种媒介中以及从调查实践中来获取信息，尽量把课堂教学和课外学习结合起来，把理论学习和观察实验联系起来，把物理教学从课堂延伸到课外，从校内扩展到校外．教师可以让学生关注日常生活，分析有哪些学过的物理知识和原理;通过各种媒介，了解物理教学领域的最新进展;利用一些难得的机会，做一些有益的观察和思考．例如教师可引导学生对生活中点缀夜晚的街头门市或沿街树木的彩灯进行观察和思考．常见的“满天星”式的小灯泡一串足有四五十个，夜晚亮起时很是漂亮．这种灯饰有的是并联，有的是串联．但奇怪的是这些串联的小灯泡，当其中的一个灯丝烧毁不再发光时其余的灯泡却仍能正常发光，只是看上去略微暗一些而已．这个现象似乎违反了串联电路规律，当然也与学生原来储存的信息发生了冲突．教师则可引导学生，深入研究其原因．

其次，要保证信息的刺激有足够的强度．这既要求教师要注意保证教学媒体有一定的直观性和可观性，也要求教师要注意以有声有色、图文并茂的综合信息同时或交替地给学生感觉器官以不同形式的、反复的刺激，促进学生耳目并用;还要求教师加强操作、制作等实践活动，促进学生手脑并用．

再次，要注意讲究教学方法．教师在对学生输入信息的过程中，要讲究教学的艺术性，力求给学生提供生动有趣、具体形象的信息，以便最大限度地引起学生的无意注意．

最后，要注意培养学生的非智力因素．非智力因素所包括的明确的学习动机、浓厚的学习兴趣、高度的注意力、顽强的意志力以及勇于进取、自信而又虚心的良好心理品质等，都可有效地促使学生想学、乐学、会学，当然也可促进学生思维系统的全方位开放和广泛地摄入大量信息．

2． 2 让学生的思维系统处于非平衡状态 与外界环境进行信息交换

普利高津认为:“非平衡是有序之源”．当系统处于远离平衡的非平衡状态时更加有利于信息量的输入，从而达到更为有序的状态．在物理教学中，如果全体学生都急切要解决问题或者以惊奇的心情来听教师的讲课，即学生思维处于高度的非平衡状态，则学生、教师、教材和教法、学法之间就会产生最大共鸣，学生的认知结构便会随着认知矛盾的解决进入更高的有序状态．因而在物理教学中应根据学科特点、教学内容和学生的具体情况，想方设法构建思维的非平衡状态．

在物理教学中，教师可以从新课引入、课堂讲授中以及课堂结尾处精心设计，使学生思维系统处于高度非平衡状态．在各个环节具体实施时，教师可以采用的方法有以下几种．

(1)思维激活教学法．兴趣是最好的老师．要启动学生的思维，一般都是从有趣的问题开始．思维激活教学法就是多渠道、多层次、多方位地激励学生兴趣，活化理性思维，开发创造意识．这样很容易使学生处于平衡的思维系统立刻打破，出现高度非平衡状态．此时，学生兴趣陡涨，认识平衡打破，你一言我一语地讨论开了．

(2)惊奇实验强化法．人的大脑接触新刺激，易出现优势兴奋中心;此时大脑的劳动便处于紧张而愉快的状态．惊奇实验强化法就是运用教学手段处理物理问题，借助实验过程中反应出的与学生原有认识结构相矛盾的物理现象，让学生的感官及认知处于强烈的非平衡状态，以致印象深刻，难以忘怀，从而有助于加深对物理问题本质的认识．

(3)矛盾情境训练法．教师针对学生容易出现的错误进行教学设计，产生矛盾情境，使学生深刻地认识错误，提高科学思维及求异思维能力;其目的在于促使学生的思维系统远离非平衡状态之后达到更高的有序状态．当然，在采用以上方法的同时，教师可以重点从举例、提问、实验以及物理计算等方面来构建学生的非平衡态．例如“自由落体运动规律”的教学，部分学生原有的信息是重的物体比轻的物体下落得快．在课堂上，学生通过观察教师的演示，把纸片揉成团时，可以看到纸团几乎与小石子同时落地．这样学生原来的错误信息与此时教师给予的信息产生矛盾，学生接收到的信息是并非重的物体比轻的物体下落得快．同时，通过教师用抽成真空的牛顿管中羽毛和小石子下落的进一步演示，学生又获得了一个更完整的信息:如果无空气阻力，不同的物体在同一高度处下落速度的快慢是相同的．

2． 3 努力促使学生思维的自组织过程 摆正学生学习主体的位置

耗散结构是“活”的非平衡的有序结构，它是一种自组织现象．因而开放系统远离平衡状态下，一旦信息的输入达到一定的阈值，系统可突变，由原来的无序状态转变为有序状态，这种自行产生的组织性的现象为自组织现象，自组织就能产生新的结构．学生思维系统是一个开放系统，学生可通过多种途径从外界吸收各种物理信息经过加工处理，纳入大脑知识体系之中，形成新的知识结构．这就是学生思维的自组织过程．因此，从这个意义上说，创设思维的非平衡态本身并不是目的，目的是以此为基础，通过积极有效的信息交换，使学生思维实现更高层次上的平衡．

传统教学中教师是中心，学生的积极性、主动性、创造性往往被压抑．耗散结构理论恰恰相反，它十分强调学生在学习过程中的自组织过程，认为学生的这个自组织过程是教师不应当也不可能越俎代庖的．耗散结构理论进一步明确了学生在学习中的主体地位，让学生最大限度地动口、动手、动脑，自组织地参与到学习中来，彻底改变了以教师为中心的一言堂教学状况．俗话说:“师傅领进门，修行在个人”．这个“修行在个人”就是耗散结构理论中指出的相对应的“自组织过程”——这是创造性人才不可缺少的素质．

在教学中，教师要在充分调动学生学习内驱力的前提下，让学生在学习中分析研究知识信息，探索知识“黑箱”的内部规律，促进思维发展;同时，激发起学生不断探索未知、获得真理的强烈愿望．物理教师可以从以下几方面操作．

首先，在课堂教学中促进学生的“自组织”过程．课堂教学中教师可以针对某些章节采取以学生为主的学习方法，把提纲给学生，让学生自己阅读，自己组织内容，自己完成教学内容，然后通过讨论和教师点评，综合归纳内容．这样既增强了学生学习的主动性，又调动了他们的积极性，对于促进他们的“自组织”过程和自学能力大有益处．

其次，在探究实验中促进学生的“自组织”过程．物理新教材中增添了大量的探究性实验，教师可以通过教学要求努力发挥学生的主观能动性，积极的引导他们自主探究，促进学生的“自组织”过程和探究能力．例如在某些实验设计时，教师可以只提出实验目的，由学生设计实验方法．不少探究实验学生完全可以根据自己所学的物理知识，独立地或在教师启发下，设计出各种实验方案，成功地解决物理实验问题，从而产生成功后的喜悦，激发起更大的学习热情，成为进一步学习的强劲动力．同时，实验设计中即使存在问题，在实验中也可以不断的得以修正，进一步提高了学生的自主性和探究能力，而此时学生的“自组织”过程也到达了顶峰．

最后，因材施教促进所有学生的“自组织”过程．对于个性不同的学生，如果采取基本相同的教学方法则会使很多学生失去个性．没有个性也就没有学习上的创新，而创新的过程需要一种非平衡机制．在教学中，教师应坚持因势利导、因材施教的原则，认真了解所有学生的状况，适时地采用分层次教学，由浅入难，逐步深入，积极地促进所有学生的“自组织”过程．

总之，物理教学是培养创造性人才的基础性工程．将耗散结构理论引入到中学物理教学中，从根本上摆正了学生的主体地位，使学生的主动性、积极性、创造性都达到了最佳状态．从认识结构的非平衡到平衡状态，从无序发展到有序，从低级进化到高级，一步步将耗散结构理论的精华融入到物理教学中，最终达到提高教学质量的目的，做到有效教学．

1 沈小峰，胡岗，姜璐．耗散结构论．上海:上海人民出版社，1987

2 汪嵘．浅谈耗散结构理论在化学教学中的应用．化学教学，2008(3):14 ～16