混沌理論對體育教學及教學設計啟示

劉天鵬，黎永碩

1 引言

上世紀70年代末混沌理論已逐步滲透至教學設計領域，給傳統教學設計觀帶來巨大沖擊[1]。而且，“混沌”代表著具有高度生成性、創造性和復雜性的活動過程[2]。教學過程是一個混沌系統，對一個學習內容進行教學設計要受混沌理論的基本規律影響，從混沌的角度出發，重新思考傳統體育教學及設計希望得到一些新的啟示，同時也為了進一步拓展現代教學設計研究的思維視野。

2 混沌理論的相關概念

要正確理解混沌理論，首先把握以下三個關鍵的概念：

2.1 蝴蝶效應

美國氣象學家E·洛倫茲(Edward Lorenz)發現，簡單的熱對流現象居然能引起令人意想不到的氣象變化，產生所謂的“蝴蝶效應”，亦即某地發生陸龍卷，經追根究底發現是受到幾個月前遠在異地的蝴蝶拍打翅膀產生氣流所造成的。說明的是，一個系統的變化直接與不確定性及不可預測性相關，原因是初始行為條件存在不穩定性，是無人知曉的，因此對系統變化的過程無法作出預測；同樣，初始行為條件雖說存在主導性但也包含著非線性特征，即同一系統中某一部分的微小混亂所產生的變動，能導致系統其他部分的巨大變化。

2.2 分形

分形理論建立在分形幾何學的數學基礎上，即由分形幾何衍生出分形信息、分形設計、分形藝術等應用。分形理論的最基本特點是用分數維度的視角和數學方法描述和研究客觀事物，也就是用分形分維的數學工具來描述研究客觀事物[3]。它不受線、面、立體以及時空維度的傳統藩籬的拘束，更加趨近復雜系統的真實屬性與狀態的描述，更加符合客觀事物的復雜性與多樣性。同時，分形藝術呈現的不規則的外形就是混沌集合經總體不規則運動和內部有序運動所表現的。

2.3 洛倫茲吸引子

洛倫茲吸引子，也叫奇異吸引子，指出了初始條件的微小變動可能導致系統演化結果的巨大差異的混沌學本質。可以說世間萬物的演變是混沌的，然而從長時間變化過程來看，會發現這些不規則的變化是有規律可循，是遵循某些特定的形狀和范圍來進行的。然而洛倫茲吸引子相當于系統中的這些潛在規律，它可以成為系統變化的主導因素，在特定范疇內具有穩定性，可被預測，因而可以看作影響系統演化的重要因素。

3 混沌理論對體育教學與教學設計中的啟示

體育作為一種復雜的現象，它既不是一個決定性的現象，也不是一個隨機現象，而是一個混亂的現象。體育教育的目標——學生作為健康人的身體和心理活動，顯然處于混亂狀態。從外部的角度來看，體育法則可能是確定性和隨機性的，但它們不是簡單的確定性和隨機性，即使是最好的培訓計劃也會因人而異；從內部的角度來看，系統調查時，反映混沌系統加入規律的人將不可避免地處于混亂狀態。同樣，體育教學的方法、學科建設、課程理論和科學研究必然受到混亂規律的制約。可以說體育教育的基本規律之一就是混亂規律。它是決定論規律和隨機性規律的交流和統一。因此，本章在對混沌理論分析的基礎上，主要探討其在體育教學與教學設計中的應用。

3.1 混沌理論對體育教學中的啟示

3.1.1 體育教學的創造觀

創造往往源自于蝴蝶的力量，從弱小發展到強大；它以非理性思維為契機，在對整體的鑒識中生成，這就是混沌視野下的創造觀[4]。體育教學中的啟發式教學是體育課的本質要求，非統考科目的定位讓學生在體育課上發揮創造性思維有著更廣闊的空間。學校的改進應該與教師專業發展相結合，充分發揮教師的關鍵作用[5]；教師通過精講多練，讓學生有更多的時間參與運動，并且在運動中自主選擇適合自己的鍛煉方法和習慣，通過分小組教學以及創新的自評、互評、小組評等多種評價方式，讓學生在運動前、中、后期都在不停的思考和創新，尤其引入小組競賽的教學模式時，在比賽中小組成員為了團隊獲勝，在規則允許的條件下，如何理解運動和動作的運用以及該項運動提高成績的方式方法，充分調動發散性思維，在運動中思考，在練習和運動中創新與提高，相互指導與鼓勵，從技術動作認識到團結協作的社會適應能力都有著長足的進步。

教學過程理應充滿不確定性和多元性的發展,具有打破技術穩定、不斷遠離平衡態的本然傾向[6]。體育教師在體育教學過程中起到主導的作用，體育教師的引領和示范能夠迅速讓學生形成動作表象概念，學生通過模仿-訓練-提高-總結-再提高的順序，從了解運動概念到掌握運動規律不斷的從量的積累到質的飛躍，通過課堂教學掌握一項運動技能形成興趣體驗，從而促使學生選擇該項目形成終身體育的運動習慣。

3.1.2 在體育教學系統建設上的運用

傳統體育教育研究總是習慣于尋找復雜結果的復雜原因。此視圖不正確或不完全正確。事實上，系統輸入的細微差別可以很快放大到輸出，并在輸出中產生巨大差異。我們分析了當地體育素質下降的現象，往往歸因于缺乏教學投入；分析青年教師的不穩定性，往往與低工資掛鉤，影響市場經濟的負面作用；評估體育學校的水平，往往注重硬件條件、經濟實力、博士生數量等等。但是，究竟是否已經找到了某個特定學校的關鍵點或闡述點可以探討。作為混沌現象的體育教育是非線性的。線性意味著數量和數量之間的關系在笛卡爾坐標系中表示時是一條直線。非線性現象是從規則運動到不規則運動的過渡和變異。在臨界點，損失可能在幾英里外，而這個臨界點是彌漫性的。體育教學質量的下降和青年教師的不穩定因素除了傳統的原因外，還有體系不足和凝聚力差等因素是關鍵點，不同的對象表現出不同的敏感性。只要我們確定系統演化的關鍵點，矛盾仍然可以解決。

人們的傳統空間維度已經概念化并且具有公理性。這是歐幾里德空間：點是零維的，線段是一維的，平面是二維的，并且空間是三維的。我們生活在一個三維世界中，經度、緯度和高度只是三個彼此正交的坐標。為了描述移動物體的空間定向，還必須了解它的歷時性。對于傳統體育教育的研究一般受到三維或四維時空觀念研究的阻礙。隨著研究的深入，對于一些比較復雜的研究對象，如體育教師隊伍的建設，一些研究人員已經建立了超出物理空間邊界的空間維度參數。例如，體育教師隊伍的建設受到資金來源、學術基礎和結構等n個獨立因素的影響和制約。有理由相信這個系統處于n維空間，這是一個高維空間。

如果對混沌現象的研究沒有突破低維和整數維框架，那么很難描述這些對象的性質。符合體育管理部門逐步向兩級管理轉變，體制改革不斷深化。但也存在一些政策法律問題，如共建共管領導問題，體育局與大專院校之間的補貼問題，體育院校向地方過渡后的部委委員會地位問題等等。簡單的尺寸和屬性非常重要。難以準確描述和定位，分形維數規則可能會展現一個新世界。分形是混沌的肖像，也是自然的幾何圖形。自相似性是分形的一個特征，它是不同尺度上的對稱性。系統論強調部分對整體的依賴性，而分形理論強調整體對部分的依賴。兩者相輔相成，構成了完整的辯證思維方法，它從一個特定的角度直接揭示宇宙的普遍圖景。通過分形元素與分形系統之間的信息同構，在更深層次上展現局部與全局、有限與無限、統一與多樣、簡單與復雜、確定與隨機、對稱與不對稱。總之，混沌理論對于課程建設、教學方法，甚至體育教育經費、硬件設施投入上都具有重要意義和作用。

3.1.3 在學校體育與終身體育的應用

學生在學校中接受的體育教學，將對其能否形成終身體育的思想和能力至關重要。如果將學生在學校體育教學中獲得的東西看成是分形元，而將學生作為人的一生的終身體育看成是奇幻的分形體，終身體育的問題就轉化成如何從有限的分形元演化成無限分形體的問題了。研究表明，終身體育的形成主要依賴于兩個方面：體育意識與鍛煉能力。

關于學校體育的體育課堂和體育教學觀本文已經在前表述，通過體育課堂的傳導作用，學生對體育課堂的理解，對學校體育的理解以及對終身體育的理解將會逐漸深入，學生的體育意識和鍛煉能力也將會有很大的提高。盡力創造學生參與體育活動環境和條件,給他們一個終身體育的起點,促使形成終身體育觀的蝴蝶效應[7]。縱觀歷次的課程改革，對學校體育的課程設置、理念革新和課堂教學都在不斷地總結和發展，學校體育的作用也由課改前的競技性為主逐漸向群眾性過渡，學校體育的形式也逐漸由校隊形式的體育精英培養模式向體育活動形式的大眾方向轉變，學校體育的受眾范圍由小眾變大眾，從重視體質到關注身心健康，惠及所有在校學生。

3.2 混沌理論指導下的體育教學設計

對教師而言，“教學有法，教無定法”，傳統的體育課教學方式是模式化、單一化、固定化，只會讓其內隨機性更加凸顯，無法課程取得最大收益[8]。在混沌理論指導下的體育教學中，本文主要講述體育課程中的爆發力練習，舉一個教學設計實踐中的例子。應用蝴蝶力量的例子來認識體育教學中關于訓練爆發力的應用，并注意臨界點在實踐過程中的重要性。爆發力的力量必須大于技術練習的運用程度。技術動作的速度在實踐中不能降低。在爆發培訓中，有必要依靠ATP-C P能量供應系統來產生能量，而不是通過有氧代謝和糖酵解。在練習爆發力訓練時，要盡量接近特殊體育比賽的要求，而在爆炸性練習中，重復次數不應超過8次至10次，太多的重復強調力量耐力的發展。如果要求更長的時間或停止訓練，力量素質也會消失。因此，為了發展實力，我們必須堅持一年四季。我們還必須在比賽中妥善安排一些練習，最好每隔一天做一次，每周不少于兩次。根據需要結合當地生物體的力量練習，將大量肌肉力量的開發與小肌肉群的發展相結合，以防止因局部負擔過重造成的傷害事故，應該逐漸增加阻力直到達到極限載荷，反對一味追求總載荷總次數。在實踐中，這些行為必須是正確的，必須加強保護。杠鈴練習是培養運動爆發性特種部隊素質的有效手段，但單一的杠鈴練習已經不能適應全方位起步的要求。因此，我們還必須配合一些其他練習，比如9米往返快跑、節奏圈跑等練習，更加靈活協調。

4 總結

混沌理論對于體育教育的課程建設、學科建設、教學方法，乃至經費籌措等都有著重要方法論啟示，通過混沌現象與混沌理論系統間的信息同構關系，在更深的層次上便可以發現并突破傳統的教學模式，也就是本文在分析和介紹混沌運動的基本特征的基礎上，闡述了混沌理論在體育教學研究中的應用方法和意義，并提出了具體的教學設計，表明新時期體育教學設計應注意以人為本，注重個體的差異，注意培養學生的靈感創意思維的體能訓練的教學啟示。