高中生物課程教學的復雜性解讀摘要：高中生物課程涉及生命系統的復雜性，高中生物教學系統的一個顯著特征也是它的復雜性。復雜性科學的新進展為我們研究高中生物課程與教學系統的復雜性提供了新的視野與方法論。基于復雜性科學的根本觀點，高中生物課程涉及生命系統的復雜性主要表現為：生命的非線性、自組織性和系統性。高中生物教學系統的復雜性主要表現為：教學目的的不確定性與非預期性；教學過程的非線性和突現性；教學內容的動態(tài)性與生成性；教學方法的無序性與互動性。關鍵詞：高中生物課程；復雜性；復雜性科學；教學系統高中生物課程涉及生命系統的復雜性,高中生物教學系統的一個顯著特征也是它的復雜性。然而，傳統生物課程對生命系統的復雜性和生物教學的復雜性缺乏認識與研究。傳統生物課程教學由于采用線性的、復原論的思維方式對教學過程做一種靜態(tài)的分析，無視了對于教學過程的開展與變化的理解與研究，缺少對于教學內容的復雜性與不確定性的討論。近年來，“21世紀的科學〞──復雜性科學的興起，為我們認識和研究高中生物課程與教學系統的復雜性提供了一個全新的方法論視角。一、復雜性科學及其方法論原那么復雜性科學是20世紀80年代在國外興起的研究復雜性與復雜系統的綜合性科學。復雜性研究的主要目的在于提醒復雜系統內部諸要素之間的互相作用，以及系統與其運行環(huán)境之間的互相作用所導致的系統的整體性質和自組織進化機制。復雜性科學研究事物的復雜性，認為“復雜性來自混沌與秩序的邊緣，復雜系統的復雜性表如今系統的組分之間或子系統之間，以及系統與系統運行環(huán)境之間，有著很強耦合作用，具有難以線性化的非線性性質。〞［1］詳細地說，復雜性科學提醒了如下方法論原那么。［2］●非線性。形象地講，“線性〞和“非線性〞的區(qū)別在于：“線性〞是指在坐標系上，其圖象呈現一條直線，“非線性〞是指假設用同樣的方法來描繪一個復雜系統，其圖象會是一條曲線。非線性動力學〔nnlineardynais〕指出，在復雜系統中，由于各要素互相聯絡、彼此影響，任何微小的變化都可能對整個系統產生影響。也就是說，復雜系統的開展具有太多的不確定性，這就使得過去我們所依賴的簡單性原那么在科學上的理解發(fā)生了根本性的變化?！裣到y性。傳統的科學領域推崇復原論〔redutinis〕，把明顯的“整體〞復原為詳細的局部，并強調這些局部對整體的作用，希望通過理解局部來提醒整體的運作規(guī)律。但復雜性科學誕生后，人們發(fā)現由于系統在變化過程中經歷了突現、非線性變化，整體具備了新的、復雜的特征。與此相應，人們認識事物的視角也由機械、簡單向系統、整體論〔hlis〕開展，以提醒復雜系統的新的本質?！窕煦缧浴Ｋ^混沌〔has〕，是指在復雜系統內部，隨著非線性的增強而呈現的一種不規(guī)那么的有序現象，即無序中的有序，是復雜的秩序化。被科學界稱為洛倫茲吸引中心的非線形系統“相位空間〞圖〔有時也被稱為“鷹眼〞或“碟翅〞效應問題〕，被看作是混沌科學的代表。它向人們形象地反映了復雜系統混沌運動的特點：對初始條件的敏感性和內在的不確定性?；煦缋碚摳嬖V我們，在一個開展的復雜系統中，我們無法預測任一給定時刻的變化，無法預測這種變化何時發(fā)生，只知道它會發(fā)生，其形式是隨機的但表達出一種形式。法國哲學家埃德加·莫蘭在其著作中也指出：世界既不可能是純粹有序的也不可能是純粹無序的，因為在一個只有無序性的世界里任何事物都將化為烏有而不可能存在，而在一個只有有序性的世界里萬物將一成不變，不會有新東西發(fā)生。所以，世界的根本特征是有序性和無序性的交集。●自組織性。1977年諾貝爾化學獎得主普利高津〔Ⅰ.Prigginer〕指出，復雜系統再構的轉化性變化不會發(fā)生在系統平衡或接近平衡的狀態(tài)之時，而是發(fā)生在系統能量大量耗散的過程中。現代主義者認為“熵〞的開展是不可抵抗的，是單向的，并逐漸變大以致于能量耗盡而最終消亡。但是在復雜科學視角下的系統具有“逆熵〞〔negentrpy〕而進的自組織性，即系統自身要生存，必須發(fā)生大量的耗散。復雜系統在大量耗散能量的同時產生新的能量，以維持系統的存在和平衡。由此可見，復雜科學是對線性的、機械的、復原的現代科學的深化反思與超越，其關注整體、重視復雜性的主張引起人類思想領域的一次重大革命，這個革命的性質是以整體性的綜合思維方式代替原子論和復原性的思維方式。正如一般系統論的創(chuàng)始者貝塔蘭菲所言：“它是應一般科學……的需要而對它們進展重新定向。它已經在許多領域中獲得了不同程度的成功和成果，并預示了影響重大的新的世界觀。〞［3］用復雜性的方法論視角來考察高中生物課程與教學問題，無疑對重新認識高中生物課程知識涉及的生命的本質以及高中生物教學的特征，對重建新的教學觀具有重要的指導意義。二、復雜性視野中的高中生物課程知識高中生物新課程的必修課內容包括以下3個模塊：生物1：分子與細胞；生物2：遺傳與進化；生物3：穩(wěn)態(tài)與環(huán)境。［4］必修局部是現代生物學的核心內容，提醒了生命系統的本質和特征，對于進步學生的生物科學素養(yǎng)具有宏大的作用。從復雜性視角解讀這3個模塊，“分子與細胞〞主要表達了生命的非線性與復雜性；“遺傳與進化〞主要表達了生命的自組織性；“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境〞主要表達了生命的系統性?！惨弧成姆蔷€性與復雜性在“分子與細胞〞模塊中，選取了細胞生物學方面的最根本的知識，是學習其他模塊的基矗通過本模塊的學習，學生將在微觀層面上深化地理解生命的非線性與復雜性本質。理解生命的物質性和生物界的統一性，細胞生活中物質、能量和信息變化的統一，細胞構造與功能的統一，生物體局部與整體的統一，等等。生命系統的典型特點是非線性，即整體不等于它的局部之和。也就是說，生命系統的行為不能通過簡單地迭加構成系統的成分而推導出。這種非線性特征的分子根底是，各種生物分子如基因和蛋白質之間存在著廣泛而復雜的互相作用。一個生物個體通常擁有成千上萬種基因，例如最簡單的單細胞生物酵母就有6千多個基因，而人的基因數量估計在3萬個以上；至于基因產物──蛋白質的種類和數量更為龐大。這些生物分子從不孤立地進展活動和執(zhí)行生物功能，互相之間有著直接或間接的聯絡。這些聯絡可能是物理的方式，也可能是化學的方式。正是這些互相作用導致了生物體形形色色的網絡，如基因轉錄調控網絡、信號轉導網絡或代謝網絡。因此，生命的所有活動都建立在這些網絡的構造和功能之上。生命現象是復雜的。細胞是生物體構造與生命活動的根本單位。由于分子生物學的開展，細胞生物學的研究也到達了分子程度。分子生物學試圖借助于認識構成生命的分子根底如蛋白質和基因等，進而認識細胞或個體的活動規(guī)律。雖然分子生物學在近半個世紀獲得了極為顯著的成就，但是它并沒有完全提醒出生命的奧秘。其原因可能在于它研究的生命復雜性層次僅僅處于“線性〞思維和復原論程度上，這對于許多生命現象的復雜性是難以解釋的。借助于復雜性科學的研究，當代生命科學認識到，生命的復雜性表達在很多方面，比方生物組成成分與構造的復雜性，組分之間的互相作用的復雜性，細胞生化代謝途徑和信號傳導過程的層次與次序的復雜性，生命系統與環(huán)境互相作用形成適應性的復雜性，細胞癌變與衰老的復雜原因，等等。當代生命科學運用復雜性理論來解釋這些問題，引入了很多新名詞來描繪這些復雜性，比方自組織、自穩(wěn)態(tài)、涌現、開放性系統、網絡總和等等。在此根底上開發(fā)出的新興的生命科學分支顯示出生命科學最新的開展趨勢，如功能基因組學、蛋白質組學、數學生物學、系統生物學等。［5］〔二〕生命的自組織性在“遺傳與進化〞模塊中，選取減數分裂與受精作用、DNA分子構造及其遺傳根本功能、遺傳和變異的根本原理等知識，主要是從細胞程度和分子程度闡述生命的延續(xù)性〔自復制〕和自組織性；選取現代生物進化理論和物種形成等知識，主要是說明生物進化的過程和原因。從復雜科學的視角看，遺傳與進化是生命的本質特征之一。當代人工生命研究者根據復雜性科學與系統科學的觀點，認為生命的主要特征是：〔1〕自復制；〔2〕進化；〔3〕自適應。超循環(huán)理論的創(chuàng)始人艾根〔.Eigen〕曾經指出在生物學界有三條“經典的〞生命標準：［6］〔1〕自我復制──以保存生命信息，盡管有平穩(wěn)的破壞；〔2〕變異性和選擇──以擴大信息量，為某種價值標準造成某種傾向；〔3〕代謝作用=自由能流──以補償平穩(wěn)的熵產生。艾根認為，這些標準肯定是必要的，但對于描繪“生命〞現象，它們未必是充分的。我們認為，艾根從系統科學和復雜性科學的視角看問題，討論了生命的功能和信息方面的特征。強調了生命是自復制、自適應、自組織的開放信息系統，它具有進化、對環(huán)境作出反響、不斷自我更新的屬性，這對于理解生命的本質有積極意義。總之，復雜性科學幫助人們沖破了過去對生命本質認識的局限性，使人們從系統的角度、開放性的角度、信息論的角度重新審視生命?！踩成南到y性在“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境〞模塊中，選取有關生命活動的調節(jié)與穩(wěn)態(tài)的知識、生物與環(huán)境的知識，有助于學生理解生命活動的本質。從復雜科學的視角看，“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境〞模塊中的知識構造是按照系統思想建構的。它反映了生命的系統性和調控性。穩(wěn)態(tài)是生命系統的一種狀態(tài)，指個體內環(huán)境理化性質的相對恒定的狀態(tài)，存在于生命的各個層次上，細胞、群落和生態(tài)系統在沒有受到劇烈的外界環(huán)境因素影響時，都處于穩(wěn)態(tài)。生命系統的穩(wěn)態(tài)實際上是一種動態(tài)平衡。一方面這種穩(wěn)態(tài)由于內部代謝過程和外部環(huán)境因素的影響而不斷遭到破壞，另一方面，通過一定的反響調節(jié)機制，又使生命系統恢復新的平衡。生命系統正是在穩(wěn)態(tài)不斷受到破壞而又同時得到恢復的過程中得以維持和開展的。以生態(tài)系統為例，生態(tài)系統是一個開放系統，系統的穩(wěn)態(tài)就是生態(tài)平衡狀態(tài)。每個生態(tài)系統都具有一定的自我調節(jié)才能，在不斷變化的環(huán)境條件下，依靠自我調節(jié)機制維持其穩(wěn)態(tài)，實現物質循環(huán)和能量流動的相對穩(wěn)定?？傊€(wěn)態(tài)是系統的狀態(tài)，調節(jié)是系統的行為，環(huán)境是系統的存在。這樣，“穩(wěn)態(tài)與環(huán)境〞模塊以“系統〞這個本體論的概念為核心概念，以“穩(wěn)態(tài)〞“環(huán)境〞和“調節(jié)〞三個科學概念把生物個體程度和生態(tài)程度的要素、行為、穩(wěn)定和開展等邏輯問題統一了起來。［7］三、復雜性視野中的高中生物教學特征分析從復雜性科學的視角看，高中生物教學是一個由教學目的、教學過程、教學內容、教學方法等要素構成的復雜的開放性系統，它具有如下一些復雜性特征?！惨弧辰虒W目的的不確定性與非預設性從復雜性科學的視角看高中生物教學系統，我們將會發(fā)現，生物教學目的具有不確定性與非預設性。教學過程中總會有大量不期而遇的問題，學生的差異和思維是難以意料的，課堂中的“非標準思維〞甚至會完全打亂原有的教學設計，使預先設計的教學目的無法完成。教學中還大量存在著偶發(fā)事件，它們是“教育過程中的偶爾、個案、情境，得不到‘規(guī)律’的支持。但它集中表達了教育的‘復雜性’〞?！敖虒W過程的真正推進及最終結果，更多由課的詳細行進狀態(tài)，以及老師當時處理問題的方式決定。從這個意義上可以說，一個老師雖然教同一門課，面對同一批學生，但他在每節(jié)課上所處的詳細情況和經歷的過程都并不一樣，每一次都是唯一的、不可重復的、豐富而詳細的綜合。〞［8］教學目的的不確定性與非預期性的根本原因在于，教學系統是涉及人〔老師與學生〕的系統。人作為一種具有高級思維才能和復雜情感的社會化動物，是一個非線性系統，這個系統中存在著大量不確定因素。例如，學生認知構造變量、學生的學習動機、學習策略的選擇，以及老師自身的情感因素、老師對教材的呈示方式、老師所采用的教學策略等都存在著復雜的多維的關系。特別是隨著學生在課堂教學中角色與地位的改變，學生將逐步由教學的“邊緣〞走向教學的“中心〞，教學目的將隨著人的身份的變化而變化，那種預設的教學目的將會變成教學展開與開展的一種束縛和阻礙，所以說，在復雜性思維的視野中，教學目的必然是不確定性和非預設性的?！捕辰虒W內容的動態(tài)性與生成性從復雜性科學的視角來看，生物教學活動具有動態(tài)生成性。教學的動態(tài)生成性“是指在師生交往互動的教學活動中，老師以即時出現的有價值、有創(chuàng)見的問題和情境或觀點為契機，擅長調整或改變預先的教學設計，挖掘學生的潛能，引發(fā)學生深化考慮，充分展現學生的個性，從而達成或拓展教學目的，使教學獲得成功。〞［9］所謂教學內容的生成性，就是指教學內容不是給定的，而是在彈性的教學預設前提下，在教學雙邊活動中，在特定的教學環(huán)節(jié)的特定教學情境中，師生自主構建教學活動，并以探究、體驗、體悟、思辨的方式自主建構教學內容。換句話說，是指學生在與環(huán)境〔包括文本〕的對話中主動建構教學內容，因此教學必定是一種師生共同參與生成新知的過程，是一種師生共同建構和創(chuàng)生意義的體驗性過程，是一個師生積極合作和對話交流不斷實現“視界交融〞的過程。這種動態(tài)生成的課程內容應具有探究性，應減少單一性增加問題性，減少確定性增加情境性，提供探究的空間與資源，以促進學生進展科學探究，進而培養(yǎng)學生的探究才能和創(chuàng)新精神。為了表達教學內容的生成性，高中生物新教材強調實驗，倡導在生物教學中開展探究性學習，為此，在高中生物新教材中，實驗內容占的課時數大大超過了傳統生物教材的課時數。實驗內容普及各章節(jié)，實驗涉及的詳細方法有生物技術、理化技術、觀察、測量、比擬、計算等。而且，高中生物新教材中的實驗大多數是探究性實驗。教材提供操作程序和圖，但不說結論，由學生獨立操作進展研究，通過討論得出結論，自主建構知識?！踩辰虒W過程的非線性和突現性課堂教學是一個非線性系統，課堂教學中一個偶發(fā)事件或對教學目的的微小偏離，都會導致教學系統的宏大變化，這就是非線性系統所特有的初始條件敏感性。教學過程的非線性特征，要求老師在教學設計時要認真研究教學內容和學生的初始條件，精心設計教學過程的每一步驟、每一環(huán)節(jié)及過渡，及時、靈敏地調整教學方案，保證教學總體目的的達成。其次，教學必須考慮學生的實際情況，針對學生的個性，創(chuàng)造性地運用各種方法，以期獲得最正確的教學效果。傳統教學認為教學過程是一種老師主導下的學生掌握知識的認知活動，它是按老師預先設計好的程序平穩(wěn)地進展的活動。復雜性科學對教學過程提出了全新的變革，即復雜思維下教學過程不再是一種平穩(wěn)過渡的形態(tài)，而成為一種不斷自我超越的過程，這就要求在教學過程中持有一種突現思維。突現是事物從一個開展階段過渡到另一個新階段的交接點，是事物發(fā)生狀態(tài)變化的關鍵點。普利高津認為，復雜系統再構的轉化性變化不會發(fā)生在系統平衡或接近平衡的狀態(tài)時，而是發(fā)生在系統能量大量耗散的過程中。在課堂教學過程中，由于老師、學生、課程以及教學環(huán)境都是復雜的、不確定的系統，在其開展過程中都會有不同的突現點出現，老師應該根據課程和學生的特點，對這些突現點加以重視、發(fā)現、利用與設置，以保證教學的連接性，并引導學生自己發(fā)現和創(chuàng)新。［10］〔四〕教學方法的無序性與互動性在復雜性科學看來，教學過程與方法既是有序的，又是無序的。所謂教學方法的無序性，是指教學活動中師生、生生之間的既獨立又依賴的互動、交流、思維的碰撞與共生、共享關系，導致了教學的管理、程序、秩序、紀律等偏離常規(guī)，從而表現出易變性、無規(guī)律性、隨機性和偶爾性。教學方法的無序性主要來自課程教學中隨機性事件和人與人的互動性?！敖虒W過程由師生之間和生生之間的互動構成，而人的復雜性使主體間進展信息交流時可能會出現障礙，也使教學過程蘊含了一些偶爾的、不可預見之因素，從而導致了‘無序’的必然存在。〞［11］教學中的人際互動主要“包括老師與全體、局部或個別學生之間的不同性質的互動，也包括學生個體間、個體與小組或全班、小組與小組間多邊和不同性質的互動〞。［12］總之，無論是師生互動還是生生互動，都是為了教學的理解和課程的生成，正是由于教學中復雜的人際互動，才使教學方法表現出無序性，正是通過這種人際互動，才能到達交往、合作與溝通，實現視界的“交融〞，從而促進知識的建構和學生主體性的生成。高中生物新教材為了表達互