从建构主义到自组织转变理论：科学教育理论的重要变革 第29 卷第6 期 2008 年12 月 首都师范大学(自然科学版) JournalofCapitalNormalUniversity (NaturalScienceEdition) No.6 Dee.,2008
从建构主义到自组织转变理论: 科学教育理论的重要变革 陈清梅邢红军雷凤兰 (1.北京中医药大学基础教学部,北京100102;2.首都师范大学物理系, 北京100048; 3.北京农业职业学院物理教研室,北京102442) 摘要 通过深入分析建构主义理论存在的问题,依据协同学理论,提出了科学教育的自组织转变理论.基于理论研究 和学科教学实践,论证了科学教育过程本质上是一个从被组织到自组织的转变过程,这在一定意义上为科学教育 提供了新的视角和有益的启示. 关键词:建构主义,协同学,自组织,被组织. 中图分类号:G632.0
1 建构主义理论的质疑 晚近以来,我国教育已经出现了过分倚重国外 教育理论的倾向,”现代主义教育理论”乃至”后现代 主义教育理论”等等大举进人中国,尤其是”建构主 义”理论,由于”新课程改革”的褒扬与推崇,更是到 了人们耳熟能详的程度,出现了言必称”建构主义” 的局面.甚至认为”建构主义——过去的十年见证了 人类有史以来学习理论发生的最本质的变化,人类 已经进入创建学习科学的新纪元,一场彻底改变人 类学习的历年与方式的革命已经兴起.”n 评价之 高,无以复加. 在这种思潮影响下,一些建构主义观点十分流 行.”在教学活动中,学习是学生通过自主活动对知 识意义的建构过程,在这个过程中,知识不能简单地 由教师传授给学生,必须通过学生的自主活动主动 地加以建构才能获得,这个建构过程是不可能由其 它人来代替”.?6?8学生的知识习得,归根结底依附于 学生自身的感官经验与生活方式.知识仅仅靠?6?8教师 讲授?6?8是难以习得的.”b 然而,在国际上,”建构主义一直没有逃脱过批 评”.美国1995 年版的《国家科学教育标准》”已完 全抛弃”了建构主义观点.5 同时,与激进建构主义 收稿日期:2007.09—10 28 思想相一致的教育改革,也并没有得到教育实践的 肯定.我国台湾实行建构主义已有十余年的历史. 2002 年,台湾教改失败,教育主管部门宣布停止推 广使用建构主义教材.消息传来,大体可以归为一句 话:”都是建构主义惹的祸!”一个小的例子是,建构 主义教材主张用学生自己的加法经验理解整数的乘 法,于是4X6 不能直接背诵答案24,必须说6+6= 12,12+6=18,18+6=24,所以4x6=24.学生的理 解也许更深刻了,结果却是许多学生不会背九九 表. 建构主义教学论产生于建构主义心理学.建构 主义心理学认为,知识不是被动吸收的,而是由认知 主体主动建构的.”知识在一定程度上能被传播,但 传播的知识只有在它被重新构造之后,即得到了解 释并且与学习者的已有知识联系起来,才在各种情 况下变得可用”.这种理论是建立在行为主义心理 学,信息加工理论,奥苏贝尔的有意义学习理论,皮 亚杰的发生认识论以及维果斯基的”最近发展区”理 论基础之上的.通过深入研究,建构主义探讨了认知 主体新旧经验相互作用在认知过程中的机制. 目前,国内外对建构主义的介绍,阐述和评论大 多来自当代美国一些学者对皮亚杰发生认识论和西 方学者对苏联维列鲁”文化历史学派”心理学观点的 后现代主义发挥,其中存在大量对皮亚杰理论和维 果斯基观点的错误理解,最为严重的是把教学与发 第 6 期陈清梅等:从建构主义到自组织转变理论:科学教育理论的重要变革 展相混淆,把人类认识过程与学生学习过程相混淆, 带有明显的心理主义,经验主义,相对主义和主观主 义倾向,由此既否定了客观知识的存在,也否定了书 本知识的可传授性. 事实上,皮亚杰所谓的”建构”,即结构(图式)建 造之意.而这种建造的本质即归结为主客体之间的 相互作用.按照皮亚杰的观点,认识建构的机制包括 三个互相联系的方面.它们是:抽象,协调与平衡. 显然,皮亚杰所谓的”建构”,实际上指的是主体 智力或智慧的建构,而不是我们通常说的知识,经验 和技能的建构.由此可见,皮亚杰的理论是一种关于 智力,智慧形成和发展的理论,而不是关于掌握知 识,形成技能的学习理论,更不是一种教学理论. 源于苏联维列鲁”文化历史学派”并被美国学者 发展了的”社会建构主义”,其实既不同于维果斯基 等的”活动内化”学说,也不同于”建构主义的一种新 近发展”,它实际上属于心理发展的理论学说.然而, 激进建构主义却把”建构的社会性”理解成了师生之 间,生生之间的协商对话,把”历史文化情境”理解成 了班级情境,把社会文化交往理解成学生个体之间 的交往等.由此导致了一种悖论:”文化历史学派”和 “社会建构主义”强调以符号,文字为中介的书本知 识教学,而激进建构主义却要贬抑甚至否定知识教 学.[ 伴随着激进建构主义思潮在我国的膨胀,其批 判,怀疑,解构的态度以一种偏激的,弥漫的形式渗 透到教育学的各个领域,并且开始对教育实践产生 了复杂的不良影响.[Io3 比如,《普通高中物理课程标 准》”提倡学生建构自己的知识,不提倡教师传授现 成的知识;提倡教师是学生学习的指引者,不提倡教 师是知识的传授者”的观点便是建构主义思想的体 现.对此,中科院物理研究所的陈佳圭研究员认 为,”不提倡的,恰恰是课堂教学的主要方式,教师的 大部分时间和内容应是信息的提供者和知识的传送 者,是达到教育目标的主要途径.”l12005 年3 月16 日,《光明日报》发表了”义务教育新课标让数学课失 去了什么?”的文章.姜伯驹院士认为”新课标全面否 定了过去的数学体系,全面否定了我国中等教育的 优良传统,大大淡化了数学中的推理证明.”并指出: 义务教育数学新课标”方向是错误的”._1 陈佳圭等 学者的观点深刻地表达了人们对于基础教育课程改 革的困惑和质疑. 2 科学教育的自组织转变理论 基于这种情况,我们认为,建构主义理论的不够 “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成果吸收甚少. 在这方面,包括耗散结构理论,突变论等给我们的启 示是深刻的.尤其协同学,更是为打开科学教育理论 之门,提供了一把金钥匙. 1977 年,联邦德国斯图加特大学理论物理学教 授赫尔曼?哈肯(HermannHaken)在研究由大量要素 (子系统)构成的,相互间存在着复杂的非线性相互 作用的开放系统时,提出了协同学理论. 协同学研究系统无序——有序,有序——有序 转变的规律和特征,既适用于非平衡系统中发生的 有序结构或功能的形成,又包括平衡态中发生的相 变过程.协同学对系统采用动力学与统计学相结合 的考察方法,因此系统的运动和转变就由动力学导 出的必然性与统计学得到的随机性所共同决定.当 系统不在转变临界区时,涨落对系统的影响很小,可 以忽略.系统中各个子系统的运动状态由子系统的 独立运动和子系统间关联引起的协同运动所决定. 当子系统之间的关联能量小于子系统独立运动能量 时,子系统的独立运动占主导地位,不能形成一种整 体的规律运动特征,系统便处于无序状态.当子系统 之间的关联能量大于子系统独立运动能量时,子系 统的独立运动便受到束缚,它要服从由关联形成的 协同运动,运动便显示出有序的特征. 当控制参量趋近阈值,系统进入临界区时,关联 尺度增加迅速,系统中局部子系统间的各种可能耦 合(即涨落)非常活跃,每个涨落都具有特定的内容, 代表着一种新的结构或组织的”胚芽”状态,涨落的 出现是偶然的,但只有适应系统动力学性质的某些 涨落得以放大
,从而将系统推进到一种新的结构状 态.尽管不同系统的子系统(如原子,细胞,植物,动 物等)千差万别,但若子系统之间关联的形式相同, 便会演化成相同的模式.由此可见,”协同”二字在相 变中的含义是:子系统关联引起的协同作用使得整 个系统从无序变为有序——出现了序参量,序参量 之间的合作和竞争最终导致了只有少数序参量支配 系统——这是在更高程度上的协同. 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 29 首都师范大学(自然科学版)2008 年 析.[1 在脑和行为方面的研究中,协同学和其它非 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.[1 副结果表明,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.” 按照哈肯的观点,协同学是一门研究远离平衡 态的系统如何通过自己组织产生时间,空间或功能 结构的横断科学.所谓横断,是指所研究的结构并不 限于传统的某一门学科,自然界或人类社会中的各 种结构原则上都是其研究对象. 正是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,在科学教育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,科学教育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,教师起主导作用.而该过程的主要子系统 —— 学习系统(学生)的演化规律决定了科学教育发 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,每个神经元与其它神经元的连接 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 出了一种新的科学教育理论——自组织转变理论: 科学教育过程是一个学生,教师,教材和环境相互协 同的过程,是学生在教师指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. 科学教育作为一个系统,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.因 此,”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 30 生的误解一一予以告戒.”强调”?6?7课堂上解决问 题?6?8,把所教内容都?6?8讲深讲透?6?8,不给学生课后留下 疑难.”_2 显然,这是一种被组织过程. 怎样正确认识教学的被组织过程?建构主义认 为,”在建构主义课堂中,重点从教师转到了学生.课 堂不再是教师向被动的学生灌输知识的地方,学生 不再是空的容器等着被注满.在建构主义模式中,要 促使学生主动参与到自己的学习过程之中.教师的 作用更多是促进者,他们指导,调停,鼓动和帮助学 生发展与评估自己的理解和学习.教师最大的任务 就是提好问题”. 对于上述观点,数学教育家张奠宙认为:”不管 建构主义的教育理论如何?6?8革命?6?8,上述两个对课堂 教学的论断恐怕无法令人赞同,因为它们违背了教 育的基本规律.试想,教学不能进行演讲,解释,不要 试图?6?8传送知识?6?8,只要提出好的问题,这行得通吗? 难道教师的责任就是?6?8为学生创设环境和条件?6?8,让 学生在黑暗中摸索吗?教学还需要效率吗?事实 上,?6?8传送?6?8知识是人类繁衍的本能行为.至于如何传 送,必须符合?6?8受传送者?6?8的知识结构,即要启发式, 不要填鸭式,让学生独立思考.” 针对建构主义以自主探索和合作交流作为教学 活动主要方式的取向,姜伯驹院士同样认为”不符合 人类认识发展的规律”.”学而不思则罔,思而不学则 殆.历史的经验证明,不强调以吸收,继承间接经验 为基础而片面强调创新,容易孽生虚妄”.因此”有必 要重申教师在教学中的主导地位,重申讲课,课堂讨 论,课外作业是主要的教学方式”.这清楚地反映了 姜伯驹院士重视教学被组织过程的教育思想._2 纠 教学过程的自组织转变理论,是一种辨证理论, 它既关注教学过程的结果,又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. 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.”_2】 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 第 6 期陈清梅等:
从建构主义到自组织转变理论:科学教育理论的重要变革 目的”. 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.根据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 我们认为,把方法作为序参量,充分反映了科学 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. 在科学教育中,把知识作为教育目标还是把知 识作为工具和手段以掌握科学方法为目标,这是两 种完全不同的教育思想.而我们目前的教育,仍然没 有把科学方法置于重要的地位,这使得我们的学生 虽然掌握了某一学科的知识,却不懂得该门学科的 科学方法及其价值,这种现象甚至在大学里也同样 存在.其根本原因在于,人们没有认识到科学方法的 序参量性质.协同学理论发现,一个系统的变量数目 往往是很大的,但令人惊奇的是,在有序结构出现的 临界点附近,起关键作用的只有少数几个序参量,这 一 发现对于科学教育具有很大的实际意义. 一 般来说,由于序参量的数目比系统变量的数 目少得多,因此,通过这种方式我们获得的自由度大 量减少,换句话说,出现了巨大的信息压缩.哈肯等 人的研究表明:学习不仅可以改变序参量的景貌,产 生新的序参量,而且最终减少序参量的数目. 科学教育的自组织转变理论,体现了一种新的 教学观.在这种过程中,教师的角色由被组织阶段的 “讲深讲透”逐步向自组织阶段”画龙点睛”的引导转 变,学生对教学内容的理解也由被组织阶段的教师 “讲”才能明白逐步转变为自组织阶段的自己”悟”明 白
,从被动接受,死记硬背和机械训练转向亲身体 验,主动参与,由被动接受式学习转变为主动获取式 学习
,从而实现教学方式的根本转变.由于知识的获 得经历了一个由教师讲授到学生自我建构的过程, 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”,_2 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”. 3 科学教育理论的深入反思 站在我国科学教育以建构主义为理论基础的背 景之下,我们选择自组织转变理论作为研究课题,因 为这一课题既符合科学教育的规律,同时又符合我 国基础教育课程改革面临严峻挑战的状况.于是,我 们把研究的视野聚焦于这样一个领域.当然,这一研 究并不只是局限于自组织转变理论本身,在更深一 层意义上,自组织转变理论体现了一种新的科学教 育思想和科学教育方法,自组织转变理论与建构主 义理论的区别也并不仅仅体现在理论基础的不同, 它事实上是两种不同科学教育观念的”分野”科 学教育是以”传授一接受”教学为主要方式还是以 “问题一探究”教学作为主要方式?是学生自己建构 知识体系还是学生在教师的传授下建构知识体系? 教师是知识的传授者还是教师只是促进者?因此, 我们把这一研究看作是我国科学教育中的一个革命 性问题,并希望这一研究能有助于形成新的科学教 育方式——把教学过程的被组织与教学过程的自组 织相结合,使教师的教学和学生的学习紧密结合起 来,这显然具有重要的理论和实践意义. 怎样在科学教育中体现出创新?这一直是我们 深入思考的问题.我们认为,科学教育的创新主要体 现在教育思想,教育方式特别是对学生能力的培养 上.我们体会,创新应当是继承基础上的创新,创新 与继承是相辅相成的,不是割裂和对立的.由此,我 们提出:科学教育应当”以教学过程的被组织为基 础,以教学过程的自组织为升华”.而建构主义理论, 31 首都师范大学(自然科学版)2008 年 对于后者给予了足够的重视,而对于前者,则基本上 忽视了. 众所周知,科学难于学习的原因主要源于其累 积性,经验性和逻辑性.科学知识是近代科学家智慧 的结晶,由于课时的限制,教师不可能把科学知识的 产生过程都重复一遍.科学知识的经验性是对科学 教育的又一挑战.科学学习强调亲身体验,在”做中 学”.同样是由于课时的限制,科学教育没有足够的 时间让学生去进行”探究”.因此,作为一种简约化的 科学活动,科学教育要求教师必须进行必要的讲解, 于是,讲授法——一种教学形式便应运而生.科学知 识的逻辑性也给科学教育带来了困难.科学知识体 系是建立在严密的逻辑联系之上的,而逻辑是不能 用通常的感觉器官去体验的东西,它是一种特殊的 心理体验,通过它可以将新旧经验和新旧知识连接 起来,而这种连接往往需要教师的讲解才能使学生 逐步体会. 目前,在我们的某些建构主义课堂上,运用”让 学生自己探究”的方法,甚至比西方的课堂上还要多 得多.因此,已经”存在着一些不容忽视的问题…… 具体表现在?6?8四个满堂?6?8,?6?8四个虚假?6?8上.?6?8四个满堂?6?8 即?6?8满堂问?6?8,?6?8满堂动?6?8,?6?8满堂放?6?8,?6?8满堂夸?6?8.?6?8四个 虚假?6?8即?6?8虚假地自主?6?8,?6?8虚假地合作?6?8,?6?8虚假地探 究?6?8,?6?8虚假地渗透?6?8.”这种教法的根据,表面上看 是为了让学生自主的建构,但实际上不少人是盲目 行事,把科学学习的困难全部丢给学生.尤其在学生 “自主探究”遇到困难的时候,如果教师还是任其”自 主”发展,势必会给学生这样一个概念:科学探究原 来就是这样任意和浪漫.J 新一轮的基础教育课程改革提出了提高全体学 生科学素养的课程理念,并把”知识和技能,过程与 方法,情感,态度与价值观”作为课程目标,认为课程 目标实现的重要方式是科学探究.”科学探究既是学 生的学习目标,又是重要的教学方式之一.将科学探 究列入内容目标,旨在将学习重心从过分强调知识 的传承和积累向知识的探究过程转化
,从学生被动 接受知识向主动获取知识转化
,从而培养学生的科 学探究能力,实事求是的科学态度和敢于创新的探 索精神.-[113 显然,科学探究教学的建构主要基于杜 威的教育理论.这是一种”从做中学”的教学方式,在 “做”中验证所获经验的有效性.对此,应保持必要的 警觉和怀疑. 自20 世纪50 年代,杜威的教学理论已被美国 32 教育界视作导致教育质量下降的重要根源.这是因 为,杜威的理论并未处理好获取知识与发展能力的 关系问题.他将知识的获得从属于探究的过程.但系 统知识的存在形式是逻辑的,其根本特性是具有很 强的概括力和包容性,并非所有的系统知识都可以 通过探究而获得.因此,怎样才能获得系统知识,在 杜威的理论中始终是一个悬而未决的问题.即使是 杜威自己也承认,按照他的要求来解决教材和课程 问题”是非常困难的,我们并没有解决好;这个问题 到现在还没有解决,而且永远不可能彻底解决.” 教育史上业已证明是失败的课程改革指导理论,今 天被冠以建构主义的标签重新登场,这不能不引起 我们的深入思考. 我们认为,根据自组织转变理论,科学教育首先 应当从教学过程的被组织开始.这不仅符合科学教 育的规律,同时也符合学生的认知水平.有研究指 出,在美国的学校中,只有13.2%的中学生,15%的 高中生和22%的大学生达到了形式运算水平.显 然,包括我国在内的大中学生的认知水平只有少部 分进入到形式运算水平.因此,应用”传授一接受教 学”方式作为实现基础教育课程目标的主要途径才 是科学的教学模式.这是因为,科学教育内容只有通 过教师的讲授才有生命力,才能显示出其内涵,色 彩,格调,才能显示出其内在的理由,作用和功能,学 生学习过的内容才能真正明白,这样才能提高学习 效率.所以,正是在这个意义上,我们认为”传授一接 受教学”方式不仅可以使学生有效地学习科学知识, 掌握科学方法,训练技能,而且也能很好地培养学生 的能力. 在科学教育过程中,被组织阶段是整个教学的 必要基础,缺少了这个重要环节,科学教育就会成为 “无本之木,无源之水”,建构主义理论的根本缺陷正 在于此.然而,被组织阶段并非是科学教育的终极目 标
,从被组织阶段向自组织阶段转变并最终达到自 组织状态才是科学教育的目标. 科学教育的自组织转变理论,为真正从教学本 质的角度对科学教育过程作出描述,解释和预测,提 供了理论和方法方面的指导,特别是对科学教育的 研究提供了较系统的分析手段,为科学教育的进一 步研究提供新的视角和有益的启示. 目前,我国中小学生超过两亿,运用正确的科学 教育理论来教育孩子们,就显得尤为重要.这启示我 们:基础教育课程改革,必须慎之又慎.
