复杂科学思想对物理教学改革的启迪

　　一、复杂科学的基本观点

　　复杂科学的出现，为我们重新构建现代科学的研究体系，改变人们的思维方式，以全新的视角去研究当今的教育复杂性问题、探索教育研究、指导新课程改革指出了一条对各类学科（包括物理教学在内）具有普遍意义的路径和方法。复杂科学的内容丰富，主要有以下一些基本观点。

　　1．非线性理论

　　线性是指量与量之间的正比关系，这是用一根直线表征的关系。近代自然科学正是从研究线性系统这种简单对象开始的，而且在对待实际复杂问题的研究中也总是力求在忽略非线性因素的前提下做线性化处理由此得出结论说，线性系统才是科学探索的基本对象，线性问题才有了理论体系。复杂科学告诉我们，宇宙间大量的问题是非线性的，任何一个表面上看来设计完美的方案在实际操作中都将不可避免地产生许多意想不到的结果。生态学和混沌学家罗伯特·梅认为，目前全世界标准的科学教育，向人们灌输的是关于世界图景的偏见和歪曲的印象。不管线性的教学获得了多大的成功，都只能给学生一个关于实际大自然普遍存在的非线性事实的失真形象。所以他向一切有文化的人呼吁，不仅在研究工作中，而且在日常生活中，包括政治、经济生活中，“如果更多的人了解到这最简单的非线性系统也未必有简单的动力性质，会大有裨益”。如果我们能早日向中学生讲一些非线性知识，那将会使一切变得更好。

　　2．整体性和非还原论

　　系统的非还原性表现在客观事物某种运动或性态跨越层次后整合而成的不可还原的新性态和相互关系上。教育的组织系统的运行、生命的进程、人类文明的兴衰、经济领域的“报酬通增率”、社会的变迁……都是牛顿以来一直主导着的还原性思维研究解释不了的。复杂科学告诉我们：整体大于部分相加之和，即当一些组元组成一个系统时，它就会出现一些它的个体（组元）所没有的性质，对此，还原论是认为系统等于组成部分之和，但人们发现由于系统在永恒变化的过程中经历了跃变，非线性之后整体已经具备了不同于各层次、各因素的新性状，对部分的研究再也不能揭示整体的属性，所以人们再也不能采用还原论方法，而必须采用一种整体论的方法才能了解复杂系统。

　　3．非机械决定论

　　牛顿经典力学的巨大成功，使人们可以深刻把握并精确预言某些现象，即便是预言时与实际出现一点误差，也不过是很小的一点误差。牛顿主导的决定论思想，是建立在简单系统某些性质的可确定性之上的。然而对于复杂系统而言，其演化过程的预测一般是不可能的，尤其是长期演化的结果是不确定的。著名的“蝴蝶效应”说明了这一点。复杂科学告诉我们，凡是非线性、非稳态的复杂系统，其演化发展的过程及结果对初始条件有高度敏感性和依赖性，常常具有不确定性，是人们很难预测的。但是，我们不能因为难以预测而放弃努力。在这方面，发现蝴蝶效应的洛伦兹为我们树立了既有智慧提出问题，又有勇气探索前进的榜样。“假如他在蝴蝶效应上止步不前，使可预言性让位于纯粹性的随机性，那洛伦兹只不过是制造了一则坏消息。然而洛伦兹在自己的天气模型中看到了比随机性更多的内在东西，他看到了一种细致几何结构，看见有序化装成随机。”这意味着，我们绝不能忽视那些看起来微不足道的现象，在变化的随机性中找到虽有限却是有用的有序性。从无序中看出有序，从复杂中发现简单，这是探索复杂性的基本原因。正如普利高津所深刻指出的那样：“科学的进步是由于把现实的复杂性归结为隐藏着的合法的简单性”我们应从纷繁复杂的现象中，发现其深层的、有限的有序性、简单性、相似性、周期性、确定性、稳定性，一个遵循辩证法的世界。