混沌学与教学系统设计，本文主要内容关键词为：混沌论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
编者按：
混沌学是现代科学与现代技术，特别是计算机技术相结合的产物。自70年代以来，各门科学都在注意客观存在的“无序性”，把“过程”而不是“存在”看成科学的主题。70年代未，混沌学的理论已渗透至教学系统设计(ISD)领域，对建立在线性的封闭系统观、决定论的可预测性以及负反馈圈基础上的传统的教学系统设计观提出质疑，并试图将混沌学的非线性开放系统、非决定论的不可预测性、正反馈圈等基本概念引入教学系统设计，以克服传统教学系统设计观的机械性。为引起读者对ISD研究领域中这一新动向的注意，特刊此文以飨读者。
传统的教学设计和技术学遵循的是实证主义的范式(Paradigm)，然而此范式并未能很好地解释和理解在教学系统设计（Instructional Sy-stems Design以下缩写为ISD）与开发中所遇到好的各种现象。为此，国外的众多学者如美国的Drscoll、Streibel、Dowd,ng、Jonassen等在过去的一、二十年里提出了革新传统ISD观点的必要性并为此做出了努力。他们的努力之一是运用混沌理论(chaos theory)考察ISD。但遗憾的是，他们在考察混沌理论对ISD的影响时，几乎没有探讨ISD的基本概念和假设的局限性。因此，他们未能成功地应用混沌理论去开发一种新的ISD模式。为弥补这一缺陷，美国弗罗里达州立大学学者Yeongmahn You试图把混沌理论的关键概念运用于ISD新模式的开发过程中，来探讨ISD与混沌理论之间的耦合性。
一、混沌理论的理论框架
1.混沌理论的历史背景
本世纪六十年代，混沌理论产生于数学与物理学领域，它与相对论、量子论一起被誉为二十世纪三大科学革命。
混沌理论之所以首先在数学和物理学中产生，这是因为量子物理学不满于牛顿主义的机械决定论对物理现象的解释。牛顿物理学曾把疑团转为钟，即认为宇宙就是一个钟摆，其中的每种事件都是有序的、规则的及可以预测的。由此，牛顿物理学假设，每一物理事件都完全由它前面的事件所决定。与牛顿的决定相反，量子物理学的非决定论提供了理解混沌的途径，它反对宇宙是一个巨大的，事先决定的机器的猜想，而认为所有的物理现象都象疑团一样是不可决定的，故是不可预测的。这种非决定论的不可预测性与无序性、复杂性、不平衡性、多样性、非线性及不稳定性一起所表示的正是“混沌”。显然，混沌理论的某些推动力正来自于研究非线性动力现象的量子力学。
但混沌并不意味着无序。为正确理解混沌，必须注意两个概念：第一，“混沌系统中隐藏着有序”(Hayles,1991)，即“混沌是‘有序’的前兆和伙伴而不是敌手”。这样，混沌在有机体的进化和成熟中起着重大的作用；第二，混沌是包含于无序中的有序模式，它随机出现，但却包含着有序的隐蔽结构和模式，即“来自混沌的有序”或“混沌中的有序”。由此可见，混沌隐含着这样一个悖论，即这是一个局部的随机与整体模式中的稳定。混沌理论研究的关键就是要发现隐藏在不可预测的无序现象里的内部有序结构，使学者们有可能进一步探索用现有范式不能描述、解释或预测的现象。
2.混沌理论的关键概念
混沌理论有以下三个关键的概念：
(1)对初始条件的敏感依赖性
这一特征也常被称作“蝴蝶效应(Butterfly Effect)”。这是一个比喻，即一只蝴蝶在北京振翅时搅动了空气，意能使纽约产生暴风雨。它表明，混沌系统对其初始条件异常敏感，以至于最初状态的轻微变化能导致不成比例的巨大后果。依据混沌理论，一个小误差或差异是系统向着理想状态转化的基本因素。
此特征直接与不确定性及不可预测性相关。因为初始条件是不稳定的，不为人知的，故我们不能预测这一不成比例的过程将产生什么效果。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，能导致系统其它部分的巨大变化。故没有任何两种结果是相似的。
(2)分形(Fractals)
分形是著名数学家曼德尔布诺特(Mandelbrot,1980)创立的分形几何理论的重要概念，意为系统在不同标度下具有自相似性质。而自相似性则是跨尺度的对称性，它意味着递归，即在一个模式内部还有一个模式。由于系统特征具有跨标度的重复性，所以可产生出具有结构和规则的隐蔽的有序模式。由此，分形具有二个普通特征：第一，它们至始至终都是不规则的；第二，在不同的尺度上，不规则程度却是一个常量。
(3)奇异吸引子(Strange attractors)
吸引子是系统被吸引并最终固定于某一状态的性态。有三种不同的吸引子控制和限制物体的运动程度：点吸引子、极限环吸引子和奇异吸引子（即混沌吸引子或洛仑兹吸引子）。点吸引子与极限环吸引子都起着限制的作用以便系统的性态呈现出静态的、平衡性特征，故它们也叫做收敛性吸引子。而奇异吸引子则与前二者不同，它使系统偏离收敛性吸引子的区域而导向不同的性态。它通过诱发系统的活力，使其变为非预设模式，从而创造了不可预测性。依此看来，宇宙也受到各种变量的束缚，这些变量对宇宙的活动加以限制，但并不总是允许人们作出简单的预测。总之，正是一个系统的两个相反行为（收敛性吸引子与奇异吸引子）之间的相互作用与张力触发了一个局部丰富多样的复杂的巨大模式。
二、传统ISD观点的局限性
混沌理论在数学和物理学中的产生对探讨社会科学的新范式有着重要的影响。本节将通过传统的ISD非线性动力系统及混沌理论的关键概念和假设的比较、对照，去揭示传统ISD观点的局限性与问题。
1.线性与非线性
一个线性系统是通过两个重要的假设来定义的。其一是有关线性因果关系的假设，即原因和结果是按比例相关的(Davies,1987)。ISD的机械模式表现的是一个教学系统各组成部分之间内在规律性与线性的因果关系。由于因果间清晰的线性关系，初始状态的变化能导致相应成比例的线性的变化。第二个假设是整体为其部分之和。因而，一个线性系统总是与简化或还原密切相关，对整体的理解正是通过把系统分解成各个独立的部分而产生的。历史上这种简化论曾在ISD领域中支配地位。诸如需要分析、教学分析、绩效系统分析、工作与任务分析及学习者分析等各种分析活动反映的正是这种简化思想。
常规的ISD模式采取的是通过一种相关的线性程序的顺序形成的直线形式。这是其主要缺点之一。线性特征与一般系统理论(GST)是有冲突的。系统理论作为ISD的基础理论之一，在强调系统线性的目的——手段观是不适宜的同时，突出了系统间的互动联系。在线性的ISD模式中，如第一步骤没有完成，就无法执行第二步骤。因为，第一步骤是第二步骤的前提条件。就这点而言，ISD传统的ISD可被描述为线性的一维过程预定的目标与步骤的顺序，作为达到最终目的的途径，一经给定，则别无其它选择。
这种ISD的机制在用于环境动荡或复杂的教育系统时，是欠灵活的。这是因为教学系统设计与开发中的众多因素会限制现性的一维ISD模式适应环境变化的能力。用于动态系统的线性ISD过程，显然忽视了干扰每个设计与开发阶段的一个或多个“凌乱”变量。
反之，非线系统表现为相互间的因果性与整体性。在一个非线性系统中，因果之间的关系是不对称的，所以，初始条件中一个微小的变化或干扰可以导致一个不成比例的巨大变化。一个非线性系统还假设，整体并非其各局部属性的总和。整体性既不否定经验分析，也不否认整体分解对于科学的可管理性的价值，它只是要求将对一个复杂系统总体特征的综合作为提高人学研究的意义与效率的先决条件(Sutnerland,1973)。
ISD模式各组成成分间的相互联系是多样化的，其最终导致的是与之不相称的变化；其反馈的动态性构成一个非线性系统的动态品质。因而，“非线性显示的是动态系统相互联系的本质”，“非线性概念表明，远离平衡的系统相互联系极为密切，从而有可能仅仅通过对部分的分析达到对系统富有成效的理解”(CHieuw,1991)。
基于非线性系统ISD模式可以呈现系统各组成成分间动态的相互关系与彼此的依存性。这就提供了用以将非预期事件整合进该模式的框架。与按步骤渐进流程图相比，ISD过程的混沌显示更适合反映学习过程的动态的与非确定的侧面(Johnson&Eoa,1989)。ISD过程是远比线性过程更为循环、更为系统的过程（Leshin等，1992）。基于非线性系统的ISD模式最终可使自身更为灵活，这有助于反馈的提供和对ISD动态现实的适应。
2.决定论的可预测性与非决定的不可预测性
尽管决定与可预测性是紧密相关的，但它们并非同义词，并非所有的决定的系统都是可预测的。预测是通过确定源于一已知系统的未知的系统状态而作出的。为了预测—未知状态，首先必须确定该未知状态的管理规则与法规。由此，确定一种未知状态要先于预测一种未知状态。这可导致这样一个结论：“决定论是可预测性的必要条件”(Stone,1989)。
决定论的可预测性与非决定论的不可预测性包括着两组相对概念：决定论与非决定论、可预测性与不可预测性。可预测性与系统理论中的简化及规则性相关，而不可预测性则与复杂性及非规则性相联系(King,1991)。决定论的可预测性假设，在稳定的线性关系中，极少数变量的微小变化产生的极小影响是成比例的。然而，面对大量错综复杂的因素，则很难预测系统未来的状况，或了解一个复杂的系统将如何对一种既定变化作出反应。这是因为，初始条件中的细微变化会带来预期之外的、不断增加的影响(Doll,1989)。
ISD模式中的线性特征与决定论的可预则性密切相关。“开始于一种方向的范型将持续地沿着同样方向进行”(Doll,1988)。在一个线性的按步骤渐进过程中，每一个步骤或操作都按预测的那样紧随着另一个步骤或操作。但是，在一个系统中，其组成成分之间动态的相互关系是如此复杂，以至于几乎没有可能对它们之间的相互关系进行预测。
教学理论包含教学原则，它们事先规定可用何种教学策略去获得规定的学习成果和状况(Reilgeluth,1983)。为规定教学策略、理论起源，首先必须预测客体与条件间的关系。几乎所有的教学技术人员都坚信，影响学习成果的复杂过程是可以控制的。因此，一种传统的ISD观点假设，学习的最终成果是可以预测的，而且，学习过程也可以通过简化法加以控制，该法将一个教学系统的每一成分分解为可以控制的部件：学习者、学习对象、内容及教学策略。
一种常规的ISD观点假设，可通过以行为方式确定学生的学习对象，以获得学生知识和技能中可预测的变化(Reigeluth,1983)。引起争论的是，由于教学处方与其效应之间的因果关系，教学处方的实施结果是可预测的。然而，学习过程的复杂性引导我们得出这样一个结论：根据应用某一最佳处方所设计的结果来预测学生的成就是不可能的。
混沌理论是作为传统ISD基础的决定的可预测性的挑战。它提出，对变化的完全控制是不可能的，因为，一个系统初始条件的小变化或紊乱可获得巨大的非预期的效果。因此，ISD模式的一系列成分的相关不是成比例的。根据Cziko(1989)的观点，人的行为是非决定论的，因而是不可预测的。对非决定论不可预测性的认可，使我们重新思考以确定和控制人的行为目的的传统的科学和理性的系统观点。将这一概念用于ISD进一步表明，将学生是如何学习的作为一种教学干预的结果加以预测是不可能的。
3.封闭系统和开放系统
1976年，戴维斯(Davies)对开放系统与封闭系统加以区分，他说，封闭系统完全与环境分离，独立于环境。它们是静态的，可预测的，而且最终趋于平衡、静止、非活动性状态。一个开放系统则可定义为与环境进行物质交换，输入与输出能量，增大或分解其组成成分的系统。
25年前，冯·贝塔朗菲(1968)就曾指出，应该把一个人作为一个“积极的人格系统”。然而，在ISD领域中，一个起支配作用的比喻则把人描述为一个自我调节的机器人或机器。显然，这种封闭的系统观无法说明人的行为中的创造性与平衡性(Winn,1975)。1979年，Chadwick也批评了这种观点，他指出，教育技术人员未能把握系统观点中的系统概念并加以完整应用，因而没能合理地运用这一可贵的观点。他的论点是：封闭系统观注意的是内部的或功能性的实效，而非探索教学系统与其环境中其它系统的相互关系。
封闭系统观不能说明系统各组成成分之间复杂的相互作用和系统性联系。它也不能对系统程序相互作用的及周期性的动态性作出恰当的描述(Banathy,1991)。在封闭系统的思考中，重点落在以下各方面的实效与控制上，如：局部、常规和重复的操作、预定的一系列活动的开展，以及用于达到预定目标和目的的合理与有效手段的搜寻。上述局限性是传统的、机械的ISD模式所持有的。
考虑到封闭系统的局限性，必然产生从开放系统的角度重新思考ISD模式的需要。Gustafson(1971)在描述作为开放系统的ISD过程的指出，首先，教学开放过程无始无终。该过程既不是从某个特殊起点始发后沿直线行进的，也不在终点界定其目标：评价或控制。由此导向一种灵活的ISD模式，该模式有能力进行修正从环境条件及其它因素中接受输入。其教学设计过程的个别成分或步骤显出彼此间的内在依存性。它们并不是分离的、相互排斥的，而是相关和互动的。其次，这一教学开放过程是一个动态的、相互作用的活动，它并不遵循简单的线性途径，从分析问题到设计、开放出一种可供选择的教学干预，再到修正与评价。最后，这种灵活的ISD新模式能快速有效地适应未曾预料或预见到的各种偶然事件。
上述讨论表明，ISD过程应该是一个开放系统。尤其是整体适应、系统中的组成成分、环境间的动态性相互作用等概念，应在ISD模式中得到反映(Sullion,1983)。然而，应该注意的是，并非所有的封闭系统均是“不好”的，也不是所有的开放系统都是“好”的。开放与封闭系统相对价值的评价因考虑每一系统独特的功能与目的(Hug&king,1984)。
4.负反馈与正反馈
反馈被公认为是任何系统运用中对构成整体至关重要的基本成分。(kowitz&Smith,1985,1987)。大多数目的和功能各异的ISD模式都有反馈机制。反馈的主要目的是提供对模式自身执行情况的正确测量并根据预定目标评价决策的有效性。反馈同样保证将教学系统引向其初始目标。
这些意向表明，ISD模式中反馈的作用是引导系统朝着平衡或内部稳定的状态前进。一个负反馈圈正是通过对外力和误差中和与修正，即进行自我调节里控制的能力，以符合系统的预定目的(Chieuw,1991)。据此，负反馈又称为抗偏差反馈圈(deviation counteracting feedback loop)或平衡定向反馈圈(equilibrium-oriented feed back loop)。
在设计与开放教学系统的过程中，ISD的线性特征直接与负反馈圈相关。线性的按步骤渐进过程不考虑在开放过程中根据需要灵活地提供反馈(Dowding,1991)。ISD中运用负反馈的主要局限性之一就是，ISD以趋向平衡的稳定性为假设(Chieuw,1991)，利用负反馈的平衡系统不可能说明转换中的事件、突发的非连续性变化或自身与环境的相互联系及内在依存性。
从传统的系统观点看，系统的行为，更确切地说，是人的学习行为，当它偏离预定目标时，则被认作错误，而错误必须排除或根据预定目标进行修正。在一个平衡系统中，不平衡状态被认为是反常现象(Lilienfeld,1978)。根据预定目标，错误与误差被认为是无效率和无效果的，此处，预定目标的功能是作为判断系统运作的参观点。
但是，一个开放系统需要变动、紊乱、反常、误差等，因为这些正是引发重组的刺激物。就本意而言，开放系统“以变动为能源”，将变动作为系统持续形成的本质(Doll,1989)。因而，错误、误差以及不平衡确实都是系统“形成”的本质机驱动力，不平衡或打破平衡应被理解为正变形的一部分(Sawada&Caley,1985)。皮亚杰在其平衡——重建平衡的发展模式中，支持这一关点，因为没有不平衡，就不可能有不断增长的重建平衡(1977)。据此，ISD模式中反馈的作用不是为达到预定目标而维持平衡和控制信息，而是为了触发内在的变革。
为了和教学系统能在系统与环境间进行信息或能量的交换，诱发合适的系统反应并由此进行自身调节，当务之急是将ISD模式建立在正反馈或增大偏差的反馈圈上。通过这种途径，ISD模式才能适应其内在结构的变化，不断更新自身并由此得以生存且持续地发挥作用。为了教学系统能持续地变化，应将正反馈的设计包含在ISD模式中。正反馈要求教师在通过形成的过程指导学生的同时，自身也必须不断形成(Sawada&Ga-ley,1985)。
“系统中的正反馈在于各级系统水平上的质疑、探究和反思过程，这种子系统有可能确定适合于自身情况的决定和行动(Chieuw,1991)，即不断重复反馈与前馈(feedforward)动态过程(Banathy,1987)。教学设计者应不断重审设计与开放过程中的前期步骤，并通过问题的询问，形成突然浮现出的设计决策，这些问题是：“我们以前做的事是如何影响目前正在进行的事的？我们现在做的又将如何影响我们以前做的事？”。这些询问与反思将产生内在变化，这一变化正是为创造教学系统与其迅速变化的环境间更合适的关系所必需的(Chieuw,1991)。
总之，作为现代科学与现代技术相结合的产物，混沌学从独特的视角常规的ISD模式进行了反思。它通过对ISD领域中主要概念，如：线性与非线性、决定论的可预测性与非决定论的不可预测性、封闭系统与开放系统、负反馈与正反馈等的对比分析，揭示了传播ISD模式的局限与存在的问题，由此为开发新的ISD模式奠定了基础。
高文 王海澜 译