浅谈 耗散结构理论在化学作业设计中的应用

论文核心提示:

  摘要:学生学习化学的过程,实际上是将表面杂乱无序的大量化学基础知识,根据其内涵、本质及内在相互联系,逐步变成有序的知识结构的过程。文章依托耗散结构理论,分析、探讨了该理论在中学化学作业设计中的一些应用。   关键词:耗散结构理论;化学作业设计;非平衡态;自组织;能量消耗   文章编号:1008-0546(2011)03-0009-03中图分类号:G632.41文献标识码:B   doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2011.03.005

  
  1967年,比利时物理学家普利高津发表了《结构、耗散和生命》一文,提出了耗散结构理论,这一重大贡献,使其荣获了1977年诺贝尔化学奖。耗散结构理论的基本思想是:一个远离平衡态的非线性的开放系统(不管是物理的、化学的、生物的乃至社会的、经济的系统)通过不断地与外界交换物质和能量,在系统内部某个参量的变化达到一定的阈值时,通过涨落,系统可能发生突变即非平衡相变,由原来的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。这种在远离平衡的非线性区形成的新的稳定的宏观有序结构,由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持,因此称之为“耗散结构”(dissipative structure)。
  学生学习化学的过程,是将零碎无序的化学知识,根据其内涵、本质以及知识间的相互联系,逐步转变为有序的知识结构的过程。从某种意义上说,由师生共同组成的化学教学系统,就是一个耗散结构。而作业作为巩固知识、形成能力的重要手段之一,是培养学生良好学习习惯,促进学生个性发展的重要载体。它以教师的设计为前提,以对学生的辅导和评定为内容,是一种不可缺少的教学环节,因此作业设计决不是灵机一动,信手拈来,而是一项充满艺术性、创造性的智力劳动。研究耗散结构理论并运用到中学化学作业的设计中,能够巩固教学成果,完善教学结构,深化教学改革。
  一、传统作业设计的弊端
  在传统守成思想指导下,作业被视为“课堂教学的延伸和补充”,作业的设计往往局限在知识再现的范畴内,应试训练色彩浓厚,作业内容思维训练的价值不高,对学生创新能力、人文精神与实践能力的培养不够,它有可能抑制学生的学习兴趣,限制学生学习活动的空间和化学素养的提高,制约学生的个性化发展。传统作业的典型代表就是“题海”作业,其缺陷主要表现在以下五个方面:作业(问题)提出的单向性、作业答案的绝对性、作业形式的单一性、作业完成的封闭性、作业评价的片面性。
  二、耗散结构理论指导下的化学作业设计
  新课程作业总的要求是:纸笔作业少,动手实验作业多;知识记忆型作业少,应用型作业多;纯知识作业少,背景作业多;学生作业量少,作业形式多;唯一答案少结论开放。而依托耗散结构理论,可从以下五个方面优化中学化学作业设计:
  1. 设计开放性作业,创设开放系统
  耗散结构理论认为,一个系统只有在充分开放的条件下,才能提高有序度。有序的结构需要不断地与外界进行物质、能量和信息的交流才能不断地向前发展。因此,设计化学作业必须想方设法让学生的思维系统全方位开放,使大脑处于高度的兴奋状态,从混乱无序变得条理清楚。
  我们的教学要坚持以学生为本,充分尊重学生的兴趣爱好,把学生置于一个动态、开放的学习环境中,为学生提供多元、综合学习的机会,让学生在无拘无束的环境中,学得主动,学得积极,使每位学生都成为学习的主人,体现自主开放的学习过程。根据教材和学生实际情况的需要,教师可设计以下三类开放性作业:(1)让学生自己出题目,利用课余时间收集资料,相互探讨,共同提高。如讲完质量百分比浓度与溶液中溶质、溶液的关系,让学生根据这三者之间的转换关系及数学公式的变形来出题。学生非常开心,觉得自己了不起,可以出题目难倒对方,尝到了成功的喜悦,进而调动了他们的学习积极性,将“要我学”转变为“我要学”,从而实现良性循环。(2)让学生借助网络来学习。学生对分子、原子、化合价这些抽象概念比较模糊,不妨让学生去电子阅览室查阅资料,那里是个丰富多彩的世界。化静为动,化抽象为直观,一目了然,令学生兴奋不已。有了自己的亲身参与,深奥难懂的有关分子、原子的一些理论在同学们的自我探讨中便会迎刃而解的。(3)在新课程的教材上,学生小组合作进行思考与交流,或者进行社会实践活动的要求很多,例如:《化学1》的第三章第三节《用途广泛的金属材料》中“思考与交流:如何选用材料”、“实践活动:角色扮演:是否应该停止使用铝质饮料罐”;《化学2》的第二章第二节《化学能与电能》中“社会调查:常用化学电池的种类、名称等;废旧电池的回收途径和处理方法”、“实践活动:利用水果制作原电池”。由于课时和教学条件的限制,这些活动,只能以课外作业的形式,由学生小组讨论合作完成。
  2. 做好反思性作业,构建非平衡状态
  普利高津认为:“非平衡是有序之源”。当系统远离平衡的非稳态时,更加有利于负熵的输入,从而达到更为有序的状态。因而,如何在教学成果、学生思维、知识结构上构建思维的非平衡状态,是优化作业设计的迫切需要。而反思性作业设计则是构建思维的非平衡状态的一种尝试。教师的发展必须找到一个支点——反思自我的教育教学。教师教的方法应根据学生学的方法。学生学的方法是通过学生做的方法来体验,反思性作业应成为师生共同成长发展的沃土。
  孔子曰:“学而不思则罔,思而不学则怠。”反思性作业可通过“质疑袋”、“我的疑问”、“与老师对话”等形式设置。即学生把自己课堂上的听课感受;课堂上教师示范解题过程中自己想到但未与教师交流的问题;作业中对某些习题不同解法的探讨;学生情感、体验的感受等,通过作业的形式记录下来,这就在师生之间找寻了一个互相了解、交流的固定舞台。例如,在此类作业中,利用尝误原理,构建非平衡状态。教师在进行作业设计时,根据以往经验,针对学生易犯错误,故意出错或设计陷阱,诱使学生失误或学生反思发现问题,再利用这些契机实现纠偏,达到教学的多方面目标。尝误原理的恰当使用,可以使学生的大脑从正常状态进入一种矛盾的境地,思维处于一种强烈的非平衡状态,可以激发学生反思,寻找错误的根源,从而加深对概念原理的本质理解,对培养学生思维的批判性具有独到作用。再如,通过学生的反思性作业可培养其求异思维,使非平衡状态成为有源之水。求同思维是必要的,但求异思维更能激发创造的火花。求异思维经过长期训练,可以培养思维的可逆性、灵活性、深刻性、独创性,它是非平衡状态的源泉。
  3. 开设拓展性作业,构建大容量的信息库
  耗散结构理论指出:一个系统处于有序结构稳定状态的必要条件是必须从外界输入能量。对于作业世纪论文网代发中心(www.21cnlunwen.com)给您提供优质的服务设计而言,就是要构建大容量的信息库,而只有构建大容量的信息库,才有可能向学生连续不断地输入有用的化学信息,才有可能达到稳定的有序结构。开设拓展性作业是构建大容量信息库的有效手段之一。而其又基于学科交叉整合思想。学科交叉整合思想是新课程改革的又一重要指导思想,学科整合有利于学生学习兴趣的激发,有利于学生综合素质的提高。
  在拓展性作业中,教师把生物、物理、英语、语文以及信息技术等学科与化学学习整合起来,使他们都能为学生的发展服务。比如,学习《水的组成》时,让学生搜集有关赞美水的诗词、成语;学习《碳和碳的化合物》后,让学生分析《石灰吟》中描述了几个化学反应等等。把社会生活以及其他各科的学习活动结合起来,构成一个和谐的学习整体,以巩固、应用、深化所学的化学知识,使学生在社会实践中巩固化学知识,发展化学能力、增强化学创新意识,在丰富的社会生活中得到锻炼和提高。在这个过程中,教师要发挥主导作用,感知记忆特点,正确处理、高效使用信息库。通过大容量的、正确无误的信息的输入,强烈刺激学生大脑皮层,从而激起学生思维,引发非平衡状态的产生。  

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