第一章 化学教学系统分析（一）

化学教学系统是由化学教师、学生和化学教学媒体等诸要素组成的一种复杂的组合体。这种组合体具有不同于其各个部分(要素)的新质的整体特性。研究化学教学系统的整体特性有助于从各要素的关系中和相互作用中发现系统的规律性。

第一节系统分析的理论基础

一 系统分析的基本原理

为了把握事物对象各组成要素的整体联系，揭示客体的结构和层次，需要运用系统方法来考察事物对象。

系统方法是系统地研究和处理有关对象的整体联系的一般科学方法论，是把系统各个要素综合起来、联系起来进行全面的考察和统筹，以求得系统整体功能的最优化的新的方法论。系统方法包括系统分析、评价和决策等。系统分析是一个难以准确界定的概念，“目前的状况大概是有多少个系统分析学家就有多少种系统分析的定义”①。我们采用这样的界定：系统分析是运用系统观点把认识对象的整体分解为各个组成要素，通过具体分析，判别出系统中各要素及其功能，采用定性或定量的方法描述它们之间的关系的一种方法论，或简明地说，系统分析是在系统方法指导下，对某些具体系统进行数量分析和决策的方法组合②。由此可知，系统方法的基本原理，同样也是系统分析应当遵循的基本原理。

1.整体性原理

这是系统方法的最基本的原理。所谓整体性原理，就是把对象作为各个组成部分构成的有机整体，从研究整体的构成及其发展中发现系统的规律性。整体性原理揭示了系统的一个显著特点：系统的整体功能不等于它的组成部分孤立状态时的功能之总和；系统的整体功能可大于、也可等于或小于部分之和。这是由系统内部各要素间的辩证关系决定的。

整体性原理，正是要着眼于系统的整体功能，从系统整体的辩证关系，即整体与部分、部分与部分、系统与环境等的相互联系及相互作用的方式中，具体分析系统功能的新特点，从而揭示系统整体联系的统一性和规定性。

整体性原理，是我们研究任何系统(包括复杂的化学教学系统这类人工系统)时应当把握的、进行系统分析的出发点。

2.动态性原理

任何系统都不是静止的，而是动态的。对于化学教学系统来 说，这种动态性表现于人的要素与媒体要素之间、人的要素(教师与学生、学生与学生)之间，以及这些要素与教学环境之间的多向、多层次的交互作用。因此，基于动态性原理，我们不仅要研究各种系统发展变化的方向和趋势，以及系统运作的速度和方式，而且要研究和探索系统发展变化的动力和规律。可以说，动态的方法不仅要研究系统的现状，还要预测其发展变化，方能显示系统过程发展的方向性。

3.有序性原理

这是系统本质属性的一种反映。系统的各要素之间的相互联系，以及系统与环境之间的相互作用等，都是有序的；有序性原理正是对系统的有序结合这种本质属性的表征。我们运用这一原理去探索化学教学系统在教育(教学)目标的引导下，师生之间、师生与教学媒体之间构成的稳定的联系，及这种联系的有序性，对于提高化学教学质量具有重要意义。

二 系统分析的基本方法

在进行系统分析时，要注意从对象(系统)的要素、结构功能、发展过程进行多方面的分析，因此包括层次分析、结构分析、功能分析、要素分析和历史分析方法等①。

1.系统模拟方法

用系统模型代替真实系统进行模拟(模仿)实验的方法。这种方法是把研究对象作为整体，设计出系统模型来代替真实系统，通过对系统模型的研究来掌握真实系统的本质和规律。

系统模拟方法的实施步骤，一般是先从整体出发进行系统综合，形成可能的系统方案；再进行系统分析，分析系统的各要素及其相互关系，建立模型；然后，进行系统选择(最优化)，重新综合成整体。

系统模拟方法使系统方法不仅能进行定性研究，而且能进行 定量研究。从模拟的侧重方面的不同，系统模拟方法又可以划分为：物理模拟、数学模拟、结构模拟、功能模拟等①。

物理模拟是以物理过程相似或生理过程、病理过程相似为基础的模拟，如水电站、火箭设计及用动物做病理模型实验等。

数学模拟如理想气体状态方程对气体状态的模拟，是以模型与客观事物(原型)之间数学方程式上的相似为基础的模拟。

结构模拟如仿生学研究中电子鼻、电子蛙眼的研制就是建立在模型与原型结构相似的基础上的模拟。

功能模拟中最突出的实例是人工智能(人脑智能)的模拟，这是以功能和行为相似为基础的、用模型去模仿原型的功能和行为的方法。

2.黑箱方法

所谓“黑箱”(Blackbox)是指系统的内部构造和机理还不清楚，但可以通过外部观测和试验去认识它的功能和特性。黑箱方法就是不打开黑箱，而通过外部观测和试验，利用模型进行系统分析，通过信息的输入和输出来研究系统的功能和特性，探索其构造和机理的一种科学方法。著名的卢瑟福а散射实验，其实质是黑箱方法在原子结构理论研究中的运用；我国的中医诊病，通过看、闻、问、切等外部观测来取得症状变量系统，基本上不干扰人体本身的生理病理活动。黑箱方法“从综合的角度为人们提供了一条认识事物的重要途径。尤其对某些内部结构比较复杂的系统，对至今为止人们的力量尚不能分解的系统，对在分解系统的过程中会严重干扰本身结构的系统，黑箱理论提供的研究方法是特别有效的”②。

3.最优化方法

系统中的最优化是指从系统的多种可能的途径中选择最佳方案，使系统处于最佳状态，并取得最佳效果。前苏联教育学家巴 班斯基教学过程最优化的理论①，是运用最优化方法研究教学系统的一个范例。

通过以上简略的讨论，可以得出几点方法论的原则。在对研究对象进行系统分析时，首先应把握整体最优原则，即必须从整体性原理出发，协调整体与要素(部分)的关系，务必使局部效应服从整体效应，以确保系统整体效应最优。其次，要实施多级优化原则，即把优化思想贯彻到系统分析的全过程，这是实现整体优化的重要保证。第三，应掌握相对优化原则，即只能从获取功能效果最好这一结果着眼，选择一个比较合理的方案。正如巴班斯基所指出的：“最优化的方法论认为，在研究教学论的一切基本范畴(教学的规律、原则、形式、方法和型式)时应探讨它们之间比较重要的本质联系。”②“将最优化思想贯彻到教师活动的一切领域中去，这可能成为在进一步加强教育学的辩证性的道路上跨出的有益的一步。”③

第二节化学教学系统的构成要素

化学教学系统是由多种要素构成的复杂组合。从主客体关系来划分，主要构成要素是化学教师、学生与教学媒体；从时间流程的维度来划分，主要构成要素是化学教学目的、化学教学内容、化学教学方式与化学教学结果。

一 化学教师与学生

化学教师和学生均为化学教学系统中的人员要素，是控制和 制约化学教学系统运行的主导因素。

众所周知，化学教学作为一种教学认识活动，离开化学教师的教授与学生的学习，这种具有学科特征的、师生双方共同参与的交互作用将不复存在。从这个意义上讲，对于化学教学系统而言，化学教师与学生在使这种教学认识系统具有特定的结构与能动、主动的功能，形成新质的整体特性起着决定性的作用。可以说，自从化学专家在学校中对学生进行教授工作开始，不论现代化学教学媒体的有无，化学教学系统就基于化学教师(化学专家或化学教育专家)和学生的相互联系、相互作用，系统质的显现乃得以保证。

任何事物都可以看成是系统与要素辩证统一的整体。事物的质可以分为自然质、功能质和系统质。化学教学系统，从其自然构成来看，主要是化学教师、学生与化学教学媒体等要素；处于这一系统中，诸要素相互联系、相互作用达到有序结合而表现出来的认识功能，表征了这一系统不同于人类一般认识过程的特殊功能；从化学教学系统内部结构来考察其特性、特征，方有可能从系统质去把握系统本身的运行规律。国内化学教学论著作已对化学教学系统的运行机制作过论述，并给出过化学教师与学生、师生与化学信息之间的关系图①。如果仅以化学概念教学为例，可以借助右图来进行讨论。

图式中的(1)、(2)表示集中式的教学系统，化学教师在这种系统中居于统治地位，学生在具备［如(2)所示］或 不具备［如(1)所示］相应的认知结构的情况下，从教师那里接受关于概念的阐释，从而实现从已知到未知，或从不知到知的。这种过程，学生是按照教师的构想来建构自己的概念框架。可以说，这种学习属于机械式接受学习。图式中的(3)、(4)表示分散式的教学系统，在这种系统中，学生居于统治地位，学生从化学教师那里获取信息。在(3)中，学生将教师对概念的阐释纳入自己的认知结构中，但是还没有来得及进行同化，仍停留在储存阶段；在(4)中，由于学生已有的认知结构的稳定性过于强固，或者由于学生囿于思维定势及教师对概念的阐释缺乏说服力和感染性，致使师生之间的相互作用也未进入优化、高效的状态。

了的知识结构)既不同于学生原有的状态，也不等同于教师“授予”的原型，而是经过学生思维重新建构的认知结构。应当指出，优化教学应促成学生的学习在理解的基础上，实现新旧知识的同化，在头脑中建构新的网络结构。

二 化学教学媒体

化学教学媒体是化学教学系统中的物质要素，是信息的载体或信息传输的通道。

我们这里讲的“化学教学媒体”，主要包括：化学教材(文字教材和声像教材)、化学教具(模型、标本和图表等)、化学实验设施和电教设施等。

应当指出，上述“软件”和“硬件”并不是被动的、处于被驱使地位的要素。这些要素作为现代化学教学系统中不可或缺的部分，不论从体现化学教学思想及落实化学教学目的(目标)来看，还是从这些要素在化学教学系统运行中激励学生的动机和引导学生发展智力、培养能力来考察，都与化学教师的主导作用相协同，发挥着重要的、有效的主动作用。 为了形象地讨论上述结论，可以借助下图来说明①。

化学教学系统从信息传输的观点考察，同样也包含：内容输入、相互作用和经验输出这样三个组成部分。

内容输入，是指根据化学教学系统本身的教学目标、借助于各种化学教学媒体，化学教师针对学生的实际，从认知、动作技能和情感等领域，对学生进行的化学信息输入。这一阶段，可以看作主要是化学教师运用化学教学媒体，对学生展开的主导活动过程。由于这一特点，故图式中用平面形来表征。

相互作用，意即师生以化学教学媒体为媒介而展开的多层次的交互作用。从化学教学系统的结构特征来考察，有以教师为中心的集中式的教学方式(相互作用)，如图式中的A，有以学生为中心的分散式(或个性化)的教学方式(相互作用)，如图式中的B1，B2，还会有处于A，B之间的教学方式(相互作用)。也就是说，师生间、学生与学生间，以及师生分别与化学教学媒体之间的相 互作用，不仅在程度(力度)上有高低之分，而且在学生将化学信息内化的深度上也有深浅之别。图式中的输出部分文字表述已揭示了这一点。

经验输出，或者称为学生的学习，标志着经过“相互作用”在学生心智上形成(建构)的构造体。从图式中可以明晰地看出：A与B1，B2显然不同；B1虽较A为优，却又不及B2。这样，从整体性原理、动态性原理和有序性原理在化学教学系统中的运行效应看，是不言自明的。

应当指出，上面的图式仅仅表征了系统的元分析①，并未包括系统分析的全部内容，如上面的图式缺少信息反馈这一不断强化信息传输流程的能动环节，致使原因和结果的不断相互作用得不到发挥，必然会大大影响化学教学系统整体功能的发挥。显然，为了简化讨论的需要，暂时舍弃某些环节并无不可。

三 时空要素

化学教学系统与其他教学系统一样，总是在特定的时间、空间条件下运作，以完成特定的教学任务、达到预期的教学目标。从这个意义上讲，化学教学系统是在学校这样的特定空间里，化学教师教授与学生学习(借助于化学教学媒体)的时间流程。

从空间要素来看，要准确把握其特殊性和局限性。所谓特殊性，即以简约化的形式对一定年龄的青少年进行有计划、有目的的培养教育，这种教育(教学)形式较家庭教育和社会教育更为集中，从某种意义上讲，更为有效。所谓局限性，是指因在有限的空间里，学生接触的对象、认知的事物总离不开规定的范围，尤其是在单一课程模式的限定下，学生接受的教育往往偏重于理性认识、间接知识的范畴，容易形成主要是认知性的学习。因此，在化学教学系统运行过程中，要采取空间上的互补措施，如走向社会、让学生从事社会实践活动，或安排课堂外的活动，以克服常规教学在空间上(当然相应地从内容上)的局限性。

时间要素是维持化学教学系统作为一个连续运行的、最根本的形式之一，也是最具有活力的要素。从宏观上讲，学生学习或化学教师教授有学年、学期、单元、课时之分；从微观上讲，师生间或师生与化学教学媒体之间的相互作用，无时无刻不在时间流程中消长(涨落)。学生的用脑卫生，教师对教学活动的组织，总要服从于教学规律本身的要求，使学习与教授、保持与强化等活动在特定的时间内合理运作。教学实践证明，那种平时赶进度，留出时间强化复习的做法，是不符合学习规律的。

认知心理学的实验表明①：一般的保持能力不可能由于训练而增进，练习记住一种材料在学习任何其他材料中并没有什么作用；记忆的好坏更取决于对某一事物的理解，取决于已有的知识结构、个人经验；有关的知识、经验愈丰富，知识结构愈完善，对事物的理解愈深刻，与这一事物相关的记忆也就愈牢固。遗忘更主要的是因为缺乏提取的线索。提高记忆效果的关键是对记忆材料进行精细加工，对材料进行重新编码组织；记忆效果不仅取决于编码加工的深度，也取决于编码加工与提取之间的相互作用。

由此可知，把学习活动看作时间的简单函数，依靠短促突击、反复练习，形成重复识记、死记硬背，必定增加学生的学习负担，降低学习的兴趣和主动性，事倍而功半。应运用记忆规律，从提高化学课堂教学(重在经常)的记忆效果，使学生理解所学内容并把它系统化，在此基础上，再有效地组织复习或练习，重视并落实学生记忆品质的培养。这里讲的“有效”，指的是复习或练习要适量，过多过少，效果都不好；要坚持及时复习或练习，勿使之完全遗忘；复习或练习的方式要多样，即进行变式练习，且给学生以指导。记忆品质一般是指记忆的敏捷性、保存的持久性、记忆的精确性和记忆的准备性等②。