“蝴蝶效應”在地理教學中的運用——以高中地理必修1《常見的天氣系統(tǒng)》為例

江蘇省南京市棲霞中學（210033） 戴建波

一、“蝴蝶效應”理論

“蝴蝶效應”是混沌學理論中的一個概念，屬非線性現(xiàn)象。蝴蝶效應是氣象學家洛侖茲60年代初的發(fā)現(xiàn)，一次在利用計算機計算天氣預報的過程中，他沒有從頭計算，而是中途時將上一次計算的初值輸入，結(jié)果造成很大的偏差。關(guān)于“蝴蝶效應”理論，他形象的描述為：南美亞馬遜河流域熱帶雨林中的一只蝴蝶，偶爾扇動幾下翅膀，可能在兩周后會引起美國德克薩斯州的一場龍卷風。究其原因：蝴蝶翅膀的運動導致其身邊的空氣系統(tǒng)發(fā)生了變化，并引起微弱氣流的產(chǎn)生，而微弱氣流的產(chǎn)生又會引起它四周空氣或其他系統(tǒng)產(chǎn)生相應的變化，由此引起連鎖反應，最終導致看似不相關(guān)的其他系統(tǒng)的極大變化。今天的“蝴蝶效應”理論已不再限于當初洛倫茲僅對天氣預報而言的概念，而是對初值極為敏感的復雜系統(tǒng)的代名詞。對于復雜系統(tǒng)，在一定的“閾值條件”下，其長時期大范圍的未來行為對初始條件數(shù)值的微小變動或偏差極為敏感，即初值稍有變動或偏差將導致未來前景的巨大差異，這些變化往往是難以預測的。“蝴蝶效應”的出現(xiàn)導致了混沌理論的誕生，提出了認識世界的新方法。

二、“蝴蝶效應”對教學的啟示

教學是一系列動態(tài)、復雜的過程，包括諸多的因素和環(huán)節(jié)。“蝴蝶效應”理論的出現(xiàn)帶給了教育教學一個新的思維視角：對教學初始條件和教學細節(jié)的干預可以影響最終的教學效果。教學系統(tǒng)中，教師總處于引導地位，而學生成為課堂討論的主體，因此教學呈現(xiàn)出一種確定中的變動，“初始值”的變動會直接影響教學的最后成果。如果教師把握不住初始值的變動，就有可能導致教學效果的最終偏離。因此，教師應在局部混沌、總體方向明確的思想指導下，善于觀察和思考在教學過程中產(chǎn)生的蝴蝶效應事態(tài)，對其效應進行“收斂”，及時而有效地進行引導，促使“蝴蝶效應”服務于教學，達到預期的教學目的，最終服務于學習者。

三、“蝴蝶效應”在地理課堂教學中的運用

如何在教育教學中利用蝴蝶效應的思想，促進學生的學習與發(fā)展，融入蝴蝶效應的思維是研究教育教學系統(tǒng)與蝴蝶效應關(guān)系的重要途徑。在20世紀60年代，隨著蝴蝶效應逐漸滲透至教學研究領(lǐng)域，以Jonassen、Dowding等為代表的教學設(shè)計專家對混沌理論在教育教學中的運用也進行了一些探索性的研究，認為教學過程充滿了蝴蝶效應等混沌性。由于教育教學系統(tǒng)中諸多復雜因素，線性教學設(shè)計的可操作性被弱化；教學目標更多是生成的，而不是預設(shè)的；要注意教學評價的多樣性。這些全新的教學設(shè)計理念為有效指導教學實踐、促進良性蝴蝶效應提供了依據(jù)。下面以《常見的天氣系統(tǒng)》一課為例進行具體闡述。

1. 教學目標與蝴蝶效應

教學目標是教學的出發(fā)點，是產(chǎn)生良性蝴蝶效應的初始條件。合理而有效地編制教學目標可以促進正面的蝴蝶效應的產(chǎn)生。

《常見的天氣系統(tǒng)》的教學目標：

知識目標：掌握冷鋒、暖鋒的特點以及受其影響下的天氣特征；掌握氣旋和反氣旋的氣流運動特征及其對天氣狀況的影響。從現(xiàn)實的天氣現(xiàn)象出發(fā)，運用所學的理論知識去解決實際問題。

能力目標：能看懂天氣預報中的天氣形勢分析，能用簡易的天氣圖分析各地的天氣變化趨勢；初步學會繪制鋒面示意圖和氣旋、反氣旋示意圖。充分運用教材所提供的“活動”，在教師預設(shè)的問題引領(lǐng)下，學生進行自主、合作、探究學習。

情感目標：正確認識天氣的形成和變化，表現(xiàn)出科學探索精神和團隊意識。

教學目標的闡述要具有多維度性，認知領(lǐng)域、動作技能領(lǐng)域、情感領(lǐng)域等方面的目標實現(xiàn)都要兼顧。尤其是情感領(lǐng)域的目標，由于其在教學中很難測量，所以教師常常無法進行有效控制。如通過知識和技能學習培養(yǎng)學生的合作精神，形成積極向上的態(tài)度等方面的情感目標，教師在實際操作中很難保證學生是否真正形成。這不像知識點和動作技能的學習，可以通過反復練習和測試就可了解。學生的態(tài)度形成很復雜，它不僅和教師的引導有關(guān)，還和學生所處的家庭環(huán)境、社會環(huán)境有很大關(guān)系。在如此復雜、動態(tài)的情境中，蝴蝶效應的發(fā)展事態(tài)是難于估量的。幾年前清華大學的學生用硫酸潑熊的行為，絕不是行為的偶然變化，而是其在成長過程中被忽視的發(fā)生在他身上的一系列微小問題行為，即蝴蝶效應中初始條件的微小變化，在后續(xù)成長中又沒有及時給予引導和控制，以致最終產(chǎn)生令人汗顏的行為。因此，在教學目標中隱含著蝴蝶效應的初始條件。教師在制訂教學目標時，要盡可能考慮目標的多樣性與合理性，尤其對學生的情感目標實現(xiàn)與否以及態(tài)度的改變要多一些關(guān)心，避免引發(fā)負面的蝴蝶效應。

2. 教學策略中的蝴蝶效應

如果說教學目標隱含著蝴蝶效應的初始條件，那么教學策略就是引發(fā)良性蝴蝶效應的可控條件。在選擇實施教學策略時必須要有這樣的理念：讓學生勤于思考、樂于動手、勇于表達。為了能夠產(chǎn)生這樣的效應，教師應該有意識地在不同教學策略中干預產(chǎn)生這種蝴蝶效應的初始條件。如果采用的是傳遞—接受式教學策略，不要以為它對于培養(yǎng)學生的高階思維作用不大，關(guān)鍵在于教師的干預和引導，使之形成良好的學習習慣，引發(fā)蝴蝶效應。

（1）學情分析

初中已經(jīng)接觸了有關(guān)天氣的知識，只是學生對于這方面的知識是零散的、不系統(tǒng)的，還沒有形成知識結(jié)構(gòu)。而高中階段的教學是在學生已有的大量感性知識的基礎(chǔ)上，要求學生進行理性的思考。收聽天氣預報是學生在日常生活中了解天氣的主要途徑，他們對于天氣的成因很感興趣，有較強的求知欲。同時，高一學生思維活躍，已具有一定的問題研究能力、分析能力及表達能力，但推理能力較差，對于復雜問題，認識上還存在著局限性，還不能從整體上認識事物。

（2）材料分析與教學方式

知識目標1：掌握冷鋒、暖鋒的特點以及受其影響下的天氣特征。

為了解決學生學習上的難點，精心設(shè)計教學過程，將冷鋒和暖鋒的氣流運行方向、鋒面形成過程、鋒面過鏡前——過境時——過境后的天氣等利用多媒體手段進行對比講解，便于學生觀察理解。在教學過程中，通過動畫演示，讓學生仔細觀察，啟發(fā)學生，分析問題。

內(nèi)容設(shè)計 設(shè)計意圖及依據(jù)1.動畫演示：冷、暖鋒的形成過程及其控制下的天氣狀況；2.分析討論鋒面兩側(cè)冷、暖氣團的溫度、濕度、氣壓差異以及氣團在鋒面上運動產(chǎn)生的地理現(xiàn)象；3.根據(jù)冷、暖鋒示意圖，理解冷、暖鋒的區(qū)別；4.以冷鋒為例，設(shè)置問題分析天氣變化。動態(tài)形象地展示冷、暖鋒過境前、過境時、過境后出現(xiàn)的天氣現(xiàn)象和天氣變化，變宏觀的不可視現(xiàn)象為微觀的可視現(xiàn)象；對于學生學習上的障礙，教師適時點撥指導，以第4小點為例：[展示動畫“冷鋒與天氣”]，學生分析回答，冷鋒系統(tǒng)對天氣的影響可分為三種時態(tài)：①將來時，冷鋒即將過境，目前受暖氣團控制，天氣為晴暖或晴間多云；②現(xiàn)在進行時，冷鋒正在過境，一般出現(xiàn)刮風、陰雨和降溫天氣；③過去時，冷鋒已經(jīng)過境，受冷氣團控制，氣溫明顯下降，但天氣轉(zhuǎn)晴。培養(yǎng)學生分析地理事物的能力。

在教學過程，教師要注意引導啟發(fā)，特別是教師在講解一個題目時，要善于啟發(fā)學生的思維，例如：分析第4小點時，讓學生運用類比（與英語時態(tài)：過去時，現(xiàn)在進行時，將來時）進行比較，深化知識點。對于問題，要讓學生處于不斷思考與表達的情境中。然而有時，教師引導的效果卻不盡如人意，學生總是支支吾吾，回答時不知所以然。在這種情況下，教師一般的做法就是直接將答案告訴他們，這樣一來教師省心，學生也學得輕松。長此以往，學生們習慣了權(quán)威的控制，沒有了批判的精神，懶得動手、動腦、動口。然而，就是這樣一種教師不經(jīng)意的教學習慣，讓學生們的懶惰也成為習慣。在這種情況下，即使有了引發(fā)蝴蝶效應的初始條件，也會因為學生的學習與生活習慣而改變。居里夫人在一次偶然的機會發(fā)現(xiàn)了鈾元素，這與她平時日積月累的學習習慣、科學素養(yǎng)有關(guān)系，絕非偶然。注意學習與生活中的一切細節(jié)、養(yǎng)成良好的行為習慣，誰又能說捉住美麗的蝴蝶只是幻想？蝴蝶效應的產(chǎn)生也許能有效闡釋必然與偶然臨界點的存在。細節(jié)決定成敗，不論是正面的蝴蝶效應還是負面的蝴蝶效應的產(chǎn)生，都跟它的初始條件有著必然的聯(lián)系，“偶然”僅僅是表面現(xiàn)象。如何引發(fā)正面的蝴蝶效應，培養(yǎng)學生的高階思維能力和解決問題的能力？教師能做的就是從教學策略中主動干預引發(fā)蝴蝶效應的初始條件，使學生養(yǎng)成良好的學習與思考的習慣。

傳統(tǒng)的教學設(shè)計具有明顯的線性、可操作性傾向。認為事先制訂好的教學設(shè)計方案可以用于大多數(shù)相似的課堂與情境。學生在這種情境中接受預設(shè)的知識內(nèi)容，達到預期的目標，最后面臨教師的考驗，一切都順理成章。然而，蝴蝶效應的引入給教育教學工作者一種新的思維視角。混沌學認為，知識的內(nèi)部表征不斷地變化著，不存在學習者必須去掌握的客觀現(xiàn)實。學習是一種社會性的活動，每個對話都是不同的。因此，不可能設(shè)計出一種最優(yōu)的、普遍適用的教學設(shè)計方案來滿足不同的教學需要，他們否定了教學系統(tǒng)的線性流程，關(guān)注系統(tǒng)存在的混沌與無序。

知識目標2：掌握氣旋和反氣旋的氣流運動特征及其對天氣狀況的影響。

氣旋、反氣旋部分運用動畫進行講解（低壓部分由教師示范講解，高壓部分由學生模仿講解），這樣既使復雜知識簡單化，又培養(yǎng)學生動手實踐能力和自主學習能力。

內(nèi)容設(shè)計 設(shè)計意圖及依據(jù)1. 教師利用動畫講解北半球的氣旋(低壓)，引導學生分析與低氣壓相伴隨的天氣現(xiàn)象；2. 在教師示范講解的基礎(chǔ)上，反氣旋(高壓)由學生操作動態(tài)投影片模仿講解；3. 設(shè)計表格歸納，總結(jié)“低壓和高壓系統(tǒng)”。教師設(shè)計小步子程序法進行教學。教給學生分析問題的方法和步驟；學生操作動態(tài)投影片，培養(yǎng)了他們的動手實踐能力、自主學習能力及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力；利用表格進行歸納總結(jié)，幫助學生完成“由感性到理性、由具體到抽象”的認知過程，有利于培養(yǎng)學生的發(fā)散思維和綜合思維能力。

根據(jù)內(nèi)容設(shè)計，引導學生結(jié)合初中所學“地形雨形成過程”的知識，按照上述的思路分析氣旋和反氣旋對天氣的影響，這部分內(nèi)容應很容易掌握。但在引導分析的過程中，有學生提出：氣旋（或反氣旋）水平的氣流方向與垂直的氣流方向混淆不清。為了解決這個問題，下載了下雨天水流向下水道的視頻，課上讓學生觀察，水是如何流到下水道的。氣流在水平與垂直方向上與水流入下水道的原理一致，也是源源不斷地流淌。蝴蝶效應的引入使教學設(shè)計的線性操作得到理性反思。它引導人們更加全面地看待教學設(shè)計，畢竟教學過程的設(shè)計不同于其他工程項目的設(shè)計。一方面，教育、教學活動本身具有規(guī)律性，存在其有序的一面，從這個意義上講，對教學過程設(shè)計的結(jié)果可以是一套可控可行的線性方案；而另一方面，教育、教學過程是由學生、目標、內(nèi)容、策略、方法、反饋等諸多要素組成的復雜系統(tǒng)，所以它具有系統(tǒng)的基本特征，即復雜、動態(tài)、開放。線性教學設(shè)計關(guān)注前者，強調(diào)設(shè)計方案與規(guī)律的適切性問題。因此，它用理性的思維控制教學過程的各個環(huán)節(jié)，包括學生，而且采用一些技術(shù)手段干預和影響教學過程，以便盡快實現(xiàn)教學目標；而蝴蝶效應給教學設(shè)計的啟發(fā)是，不僅要看到教育教學的有序性，還應多關(guān)注教學系統(tǒng)的復雜性、不確定性等混沌效應。因此，在進行教學設(shè)計的時候，教師要注意課堂中的“意外”，并給予正確引導，在課堂中多一些鼓勵和評價，課堂與教學都是“動態(tài)的”，有時無法預測。或許這些“細枝末節(jié)”就是引發(fā)良性蝴蝶效應的初始條件。肯定學生的主觀能動性，教育教學系統(tǒng)的復雜性主要體現(xiàn)在學生的復雜性上。傳統(tǒng)的教學過程把復雜的教學系統(tǒng)簡化為一個類似工業(yè)的生產(chǎn)流水線，將學生當作客觀的“物”來進行設(shè)計，學生就是學校的產(chǎn)品，產(chǎn)品的合格率直接影響到學校招生情況。這種設(shè)計觀念更多看到了人在發(fā)展中的普遍規(guī)律，忽視了人的復雜性，即人的思維、意志、本能、情感、愿望等非理性因素。蝴蝶效應的發(fā)現(xiàn)為人們提了一個醒，最終引發(fā)轟動效應的正是這些平時養(yǎng)成的志向、愿望、價值觀等。因此，提升學生主觀能動性是引發(fā)良性蝴蝶效應的又一途徑，在教學設(shè)計中要盡可能采用超媒體方式組織教學內(nèi)容；在教學方法上要以啟發(fā)、討論、協(xié)作為主；由于人的思維的復雜性，應注意發(fā)展和培養(yǎng)元認知，開發(fā)元認知能力，促進蝴蝶效應的產(chǎn)生。

知識目標3：聯(lián)系生活實際，從現(xiàn)實的天氣現(xiàn)象出發(fā)，運用所學的理論知識去解決實際問題。

把課后活動內(nèi)容“試做天氣預報員”提到課堂中完成，既復習了本節(jié)課的內(nèi)容，又增加了課堂的趣味性。

內(nèi)容設(shè)計 設(shè)計意圖及依據(jù)學生模仿天氣預報員播報天氣：首先根據(jù)簡易天氣圖，把一些關(guān)鍵詞填在空格上，組成一份完整的天氣預報文稿，然后再試著進行播報。對本課知識點進行發(fā)散思維訓練，培養(yǎng)學生發(fā)散思維、綜合思維能力及創(chuàng)新意識和創(chuàng)新思維能力。

四、教學反思

在教學過程中，對“蝴蝶效應”的收斂和處理采取誘導信息的拋出法，即在學生的大腦陷入無序狀態(tài)或思維停滯不前時，教師適時拋出誘導信息幫助學生解決問題，使學生在教學中進行自我評價，并由無序走向有序。在教學的最后環(huán)節(jié)，教師進行分析、歸納、總結(jié)，同時把教師對學生的評價和學生的自我評價結(jié)合起來，充分挖掘?qū)W生思考問題的能力。培養(yǎng)學生的發(fā)散思維、創(chuàng)新意識、實踐能力，這是一種非線性的教學設(shè)計模式。教師根據(jù)教學任務，從順序結(jié)構(gòu)出發(fā)，通過整合學生的發(fā)散思維，可能會引導學生先切入學習。從這種模式可以看出，其教學環(huán)境是以教師、學生、學習資源為代表，突出了學生的主體作用，教師成為學生學習資源與學習過程的設(shè)計者、教學策略的決策者及學生學習過程的指導者、組織者、管理者。學生作為認知主體，在教師的指導下，激發(fā)發(fā)散性思維，對目標部位嘗試修改，從而構(gòu)造出問題情景，產(chǎn)生“蝴蝶效應”。教師幫助學生處理混沌的過程，也是學生自我評價的過程，學生的這種形成性評價在一定程度上產(chǎn)生教學需要的效果，最終形成總結(jié)性評價。教師通過一個題目考察學生的實際應用能力，并根據(jù)學生的課堂情況做課堂總結(jié)。在這種開放模式中，教師以非線性的方式引導學生學習，學生是學習的中心。

在對蝴蝶效應的思考中，一種從未有過的感受是，通常所說的教學評價、教學質(zhì)量都是相對的，對于復雜系統(tǒng)而言，評價將變得非常困難，不僅要考慮當前的狀態(tài)，而且要分析其未來的發(fā)展。蝴蝶效應要求理性地認識教學評價，把握動中有靜、靜中有動的辨證唯物觀。即使如此，對于短期內(nèi)的教學評價仍是不可或缺的，它可以讓人們及時發(fā)現(xiàn)問題，扭轉(zhuǎn)局面，但由于教學系統(tǒng)的復雜性，教學評價也應是多元的、復雜的、動態(tài)的。依據(jù)蝴蝶效應的思想，教學是為人而設(shè)、由人而為的事物，評價的復雜性不僅體現(xiàn)在教師和學生這一雙主體的復雜性上，還體現(xiàn)在與人息息相關(guān)的外部環(huán)境的復雜多變上，這種系統(tǒng)與部分之間的非線性相互作用使得教學評價應具備整體性、動態(tài)性、開放性、發(fā)展性和多元性。既要對知識與技能進行測評，又要對過程與方法、情感態(tài)度與價值觀進行衡量；既要對過程進行評價，又要對結(jié)果進行評價；既要對“量”進行評價，又要對“質(zhì)”進行評價；既要對自身進行評價，又要對他人進行評價；既要有靜態(tài)的評價，又要有動態(tài)的發(fā)展性評價。只有這樣，才能真正實現(xiàn)教學評價的功能。