黃曉 毛長云

摘要：復(fù)雜性科學(xué)的發(fā)展歷程，表現(xiàn)出不同類型的復(fù)雜性與多元的研究進路，呈現(xiàn)了復(fù)雜性多元理解下的一些基本特性——非線性、多樣性、整體性等?；趶?fù)雜性科學(xué)的視野反思科學(xué)課程的實施，主要體現(xiàn)于三個方面：一是復(fù)雜性科學(xué)彰顯的整體論思維與多元研究進路，表現(xiàn)為對綜合科學(xué)課程形態(tài)的一種價值追求；二是復(fù)雜性科學(xué)蘊含著多維度的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵。三是復(fù)雜性科學(xué)的開放性、自組織性促使我們對開放的科學(xué)課程的關(guān)注與追求。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜性科學(xué)；科學(xué)課程；綜合科學(xué)；整體論；開放；科學(xué)本質(zhì)

中圖分類號：G71 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094-C-（2014）03-0009-04

復(fù)雜性科學(xué)肇始于1928年貝塔朗菲（Von. Bertalanffy）的系統(tǒng)論之研究，是系統(tǒng)科學(xué)發(fā)展的新階段，也是當代科學(xué)發(fā)展的前沿領(lǐng)域之一。目前，仍處于形成中的復(fù)雜性科學(xué)不僅引起了科學(xué)界（物理、化學(xué)、控制論等）的廣泛關(guān)注，基于其帶來的認識論、方法論上的革新，復(fù)雜性科學(xué)的觸角已延伸到自然、社會、經(jīng)濟、教育等眾多社會科學(xué)領(lǐng)域。基于教育系統(tǒng)的復(fù)雜性，越來越多的學(xué)者關(guān)注于將復(fù)雜性科學(xué)應(yīng)用于教育領(lǐng)域的研究，并呈現(xiàn)了兩條進路，一條是從事復(fù)雜性研究的科學(xué)家與哲學(xué)家以特定的視角來認識與考察教育復(fù)雜性；另一條是教育領(lǐng)域的研究者學(xué)習(xí)、借鑒復(fù)雜性科學(xué)，從理論、哲學(xué)、方法論等層面探討學(xué)校變革的復(fù)雜性[1]與課程的復(fù)雜性，特別表現(xiàn)于復(fù)雜科學(xué)在教育研究方法（論）層面的意義。[2][3]

Brent A.Davis[4]曾基于復(fù)雜性科學(xué)的視角，以圖像描述了學(xué)校在課程內(nèi)涵方面經(jīng)歷了線性課程、螺旋課程再到生成式（分形）課程的過程。這種基于學(xué)習(xí)是一個復(fù)雜的系統(tǒng)而提出的生成式課程形態(tài)，是視課程為一種復(fù)雜調(diào)適現(xiàn)象且不斷演化生成的動態(tài)發(fā)展本質(zhì)，具有不可預(yù)測性與不可控制性?？茖W(xué)課程的實施不僅要體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展前沿，而且要凸顯課程的發(fā)展趨向。因而，基于復(fù)雜性科學(xué)呈現(xiàn)的特點，從復(fù)雜性科學(xué)視野來探討科學(xué)課程實施是極為必要的。

一、復(fù)雜性科學(xué)的特征

基于深刻哲學(xué)背景興趣的復(fù)雜性科學(xué)，歷經(jīng)了以“整體、系統(tǒng)、控制、反饋、信息”為關(guān)鍵詞的20世紀60年代；以揭示系統(tǒng)演化理論與機制為動機，以“非線性、自組織、突變、混沌、分形、涌現(xiàn)、遺傳算法、元胞自動機”為關(guān)鍵詞的20世紀70年代；以計算機仿真與建模為重要方法，以從技術(shù)上粗略實現(xiàn)對現(xiàn)實復(fù)雜性問題的仿真模擬與未來預(yù)測，并彰顯了以“涌現(xiàn)”為關(guān)鍵詞與首要目標的20世紀80年代。[5]復(fù)雜性科學(xué)逐漸走向成熟的同時，凸顯了不同視野下的復(fù)雜性特征，即本體論視野下的復(fù)雜性核心在于追問存在，思索作為存在的存在，“存在與演化”成為核心詞語；認識論視野下的復(fù)雜性需要探討何種意義上的復(fù)雜性測度是可能的，理論如何影響我們對復(fù)雜性的辨識，呈現(xiàn)了從對立到互動的轉(zhuǎn)變；方法論視野下的復(fù)雜性，表現(xiàn)了對復(fù)雜性層級問題的追問，對整體論方法與生成論的探索。[6]盡管復(fù)雜性科學(xué)在發(fā)展歷程中，表現(xiàn)了對復(fù)雜性涵義的多樣界定，形成了不同類型的復(fù)雜性，[7][8]表現(xiàn)出不同的研究進路，也凸顯了不同學(xué)者對復(fù)雜性科學(xué)特征的多樣認識[9][10]，也顯現(xiàn)出對復(fù)雜性科學(xué)的一些基本特點，這表現(xiàn)于其復(fù)雜系統(tǒng)這一研究對象中，如保羅·西利亞斯（Paul Cilliers）在《復(fù)雜性與后現(xiàn)代主義》一書中總結(jié)了關(guān)于復(fù)雜系統(tǒng)的十個方面的特征，即復(fù)雜系統(tǒng)由大量要素組成，且這是必要條件而非充分條件；系統(tǒng)間有豐富與復(fù)雜的相互作用；開放系統(tǒng)；遠離平衡態(tài)；系統(tǒng)隨時間而演化；不可預(yù)測性；等等。[11]

二、強調(diào)綜合科學(xué)的課程形態(tài)

整體論是貝塔朗非總結(jié)了生命科學(xué)的新成就，在批判機械論與活力論的基礎(chǔ)上系統(tǒng)提出的。他以簡明的圖式說明了整體（系統(tǒng)）與一般復(fù)合體的區(qū)別，即整體不僅是一種靜態(tài)的非加和性組合，還可表現(xiàn)為動態(tài)關(guān)系的不變性——如指數(shù)定律、異速生長規(guī)律、對數(shù)定律等在生物、經(jīng)濟、社會不同領(lǐng)域的普遍適用性。異速生長規(guī)律表明，同一整體中處于相互競爭的部分是以一定穩(wěn)定關(guān)系相對生長的。這種具有可分解性、結(jié)構(gòu)性、共時性等特征的整體性稱為構(gòu)成性整體，即可視為存在的整體。20世紀80年代，以呈現(xiàn)時間因果關(guān)聯(lián)（其所形成的復(fù)雜圖形，隨著時間的流動，圖形結(jié)構(gòu)有規(guī)則地生長著、變換著，即是以空間圖形的形式對時間演化過程的形象化）為特征的元胞自動機，豐富了整體論的內(nèi)涵，表現(xiàn)出具有時間性、過程性、不可分割性為特征的生成性整體。

從對復(fù)雜性的研究來看，自20世紀70年代起呈現(xiàn)了多條進路，表現(xiàn)為多個學(xué)者、多個領(lǐng)域?qū)δ骋惶囟▎栴}的整體思維與實踐。如混沌學(xué)自身領(lǐng)域的研究，及混沌學(xué)與幾乎同一時期的分形研究、孤立子研究組成了復(fù)雜性研究進路中的非線性科學(xué)研究，體現(xiàn)了復(fù)雜性現(xiàn)象研究中的學(xué)科整體性。此外，元胞自動機的形成、自組織臨界性的發(fā)現(xiàn)、報酬遞增的復(fù)雜性經(jīng)濟學(xué)等領(lǐng)域的出現(xiàn)，也呈現(xiàn)了整體性的特征。

復(fù)雜性科學(xué)在研究過程中呈現(xiàn)的多種進路與方法論層面的整體論，運用到課程中則表現(xiàn)為對綜合課程的一種價值追求。對于綜合課程，可以依據(jù)其存在的課程形態(tài)與聚焦的核心來分類。就課程形態(tài)而言，綜合課程分為系統(tǒng)化的綜合課程（也稱廣域課程，圍繞一個特定的核心，將學(xué)校教育中所有學(xué)科組織成一個能涵蓋整個知識領(lǐng)域的課程體系），如以問題為中心的綜合課程、以人性為中心的綜合課程（香港的通識教育）等、學(xué)科化的綜合課程（也稱融合課程、綜合學(xué)科課程，指由兩門或兩門以上的有關(guān)學(xué)科融合而成的新學(xué)科，強調(diào)打破其融合的各學(xué)科知識體系，形成新的知識體系）、模塊化的綜合課程（兩種或兩種以上學(xué)科既在一些主題或觀點上相互聯(lián)系起來，又保持各學(xué)科的相對獨立）。[12]理想的綜合科學(xué)課程是綜合課程的一種表現(xiàn)形態(tài)（側(cè)重于對學(xué)科化的綜合課程形態(tài)的認同），其本質(zhì)內(nèi)涵最終應(yīng)落實于人的科學(xué)素養(yǎng)的達成。綜合科學(xué)課程不僅是對分科科學(xué)（物理、化學(xué)、生物）課程所帶來問題的批判，而且是在認同分科課程合理性存在基礎(chǔ)上的一種超越——它試圖在復(fù)雜性整體論思維指導(dǎo)下，超越囿于學(xué)科知識結(jié)構(gòu)、獨特特點與特定領(lǐng)域的思維方式，基于學(xué)生生活經(jīng)驗與社會體驗，體現(xiàn)對科學(xué)課程與學(xué)生人格的統(tǒng)整，以促成學(xué)生批判思維能力與綜合運用科學(xué)知識解決問題能力的提升。

三、理解科學(xué)本質(zhì)

——復(fù)雜性視野下科學(xué)課程的目標追求

對“科學(xué)是什么”問題的追問是國際科學(xué)教育者與科學(xué)教師共同關(guān)注的問題，也是當前我國新一輪課程改革反思與踐行的話題。從復(fù)雜性科學(xué)發(fā)展歷程及自身研究來看，復(fù)雜性科學(xué)蘊含著多維度的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵，如科學(xué)的不可預(yù)測性（科學(xué)劃界）、科學(xué)知識的地方性、科學(xué)方法的多元與獨特性等。

（一）科學(xué)的不可預(yù)測性

區(qū)分科學(xué)與非科學(xué)實則是科學(xué)劃界的問題，無論是何種科學(xué)哲學(xué)觀點關(guān)照下的科學(xué)劃界，都離不開對幾個問題的追問，即科學(xué)與非科學(xué)有無劃界標準？如有標準，具體的劃界標準是什么？劃界標準是一元的還是多元的？是確定的還是模糊的？邏輯實證主義基于經(jīng)驗證實原則，以科學(xué)是否能精確符合外部經(jīng)驗與檢驗來作基本尺度；波普爾基于愛因斯坦相對論的精確預(yù)言被驗證提出“可證偽性”標準[13]。基于非線性特征的復(fù)雜性科學(xué)，如果以一種直面事物本身的復(fù)雜性及事物間相互關(guān)系的復(fù)雜性，運用超越直線式的思維去理解與把握認識對象的思維方式，無法對所有事物的發(fā)展作出長期的預(yù)測，即顯現(xiàn)了不確定性或不可預(yù)測性。這是對傳統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)關(guān)于科學(xué)本質(zhì)上具有可預(yù)測性的科學(xué)劃界之沖擊與突破。

（二）科學(xué)方法的多元與獨特性——隱喻、模型與數(shù)值的方法相整合

科學(xué)哲學(xué)中以實證主義的關(guān)于科學(xué)方法層面的對邏輯、實證的關(guān)注，逐步形成了科學(xué)哲學(xué)方法論說明的霸權(quán)主義。隱喻在復(fù)雜性研究中的廣泛使用（圣菲研究所將隱喻作為一種科學(xué)研究方法而引入復(fù)雜性科學(xué)中，成為復(fù)雜性科學(xué)的重要方法），是對傳統(tǒng)科學(xué)哲學(xué)將隱喻視為一種歷史與文學(xué)的說明形式觀點的一種挑戰(zhàn)。隱喻方法的使用主要表現(xiàn)為兩個方面，一方面在對“復(fù)雜性”概念自身的描述中，呈現(xiàn)了如蝴蝶效應(yīng)、奇怪吸引子、涌現(xiàn)、路徑依賴、混沌邊緣等隱喻的界定方法；另一方面在復(fù)雜性的產(chǎn)生機制研究中所構(gòu)建的理論，如CAS理論是霍蘭在發(fā)明遺傳算法之時，從生物學(xué)的遺傳、變異等現(xiàn)象中得到啟發(fā)，通過比喻、類比等隱喻而建構(gòu)起來的。對于“涌現(xiàn)”的提出，也是霍蘭從數(shù)字、游戲、地圖、西洋跳棋、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等隱喻性概念出發(fā)，建立起來顯示涌現(xiàn)現(xiàn)象的不同系統(tǒng)與模型，展示他們之間共同規(guī)律與規(guī)則的方法，即表明霍蘭將隱喻方法應(yīng)用于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的分析中，作為涌現(xiàn)分析的主要方法。

復(fù)雜性科學(xué)一般都在隱喻類比的基礎(chǔ)上，建立復(fù)雜系統(tǒng)模型。復(fù)雜性科學(xué)只有從隱喻層面上升到模型建構(gòu)層面，才能真正建立起屬于自己特色的科學(xué)模型，也才能真正上升到科學(xué)層次。因此，為了探索復(fù)雜性，科學(xué)家們從不同的角度、不同的途徑建立了大量的復(fù)雜系統(tǒng)模型，如CAS理論中“復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的回聲模型”、涌現(xiàn)理論中的“生成模型”、自組織臨界性理論中的“沙堆模型”、人工生命研究中的“人工生命模型”（自繁殖元胞自動機、鳥群模型、蟻群模型等）。模型方法作為復(fù)雜性科學(xué)的重要工具，在應(yīng)用過程中拓寬了模型方法的范圍——基于復(fù)雜性要反映系統(tǒng)的過程性、主體性、動態(tài)性、開放性、涌現(xiàn)性等特點，復(fù)雜性科學(xué)模型超出了傳統(tǒng)的靜態(tài)模型，走向過程、動態(tài)、關(guān)系模型的建構(gòu)，呈現(xiàn)了數(shù)值模型、算法模型、虛擬模型、半定性半定量模型的建構(gòu)與應(yīng)用。

復(fù)雜性科學(xué)的非線性特征表現(xiàn)于對非線性微分方程的求解與研究，需要依靠計算機輔助下的數(shù)值實驗方法，才能對理論分析上難處理的復(fù)雜問題給出豐富的、系統(tǒng)性的，感性而直觀的啟示。在復(fù)雜性科學(xué)的發(fā)展歷程中，無論是洛侖茲奇怪吸引子的發(fā)現(xiàn)、李天巖與約克的混沌現(xiàn)象的認識與三體問題中的混沌軌跡的得出，還是菲根鮑姆對混沌規(guī)律的研究，曼德布羅特復(fù)雜的分維圖形制作與無窮嵌套的自相似結(jié)構(gòu)的獲得，都是計算機的數(shù)值計算結(jié)果。

（三）科學(xué)知識的地方性與實踐性

地方性知識是一種新型的知識觀念，其“地方性”不僅是在特定的地域意義上說的，而且還涉及在知識的生成與辯護中所形成的特定情境。復(fù)雜性科學(xué)發(fā)展歷程強烈地反映了知識地方性特征，一方面表現(xiàn)于對復(fù)雜性概念的極不統(tǒng)一的理解中，諸多的復(fù)雜性（如計算復(fù)雜性、蘭帕爾—齊夫復(fù)雜性、適切景觀等）概念的提出是基于特定的學(xué)科背景、個人與方法；另一方面表現(xiàn)于對復(fù)雜性科學(xué)的研究，不是首先學(xué)習(xí)復(fù)雜性的理論表征內(nèi)容，然后將其應(yīng)用于特殊的情境中去，而是將理論模型根植于對典型問題的范例性的解決方案中，如人工生命研究是由一系列關(guān)于元胞自動機、遺傳算法的典型范例所建構(gòu)，混沌理論由蝴蝶效應(yīng)、洛侖茲吸引子、蟲口方程、菲根鮑姆周期倍分叉等一系列問題組成。分形現(xiàn)象的普遍性源于對曼德布羅特集、康托爾集合、科赫曲線等具體分析。

復(fù)雜性科學(xué)一方面蘊含著豐富的科學(xué)本質(zhì)內(nèi)涵，另一方面作為一種科學(xué)方法論呈現(xiàn)了還原與整體、微觀與宏觀綜合、定性判斷與定量描述、科學(xué)推理與哲學(xué)思辨方法的有機結(jié)合，因而科學(xué)課程實施的目標在于促進學(xué)生對科學(xué)本質(zhì)的理解。

四、開放的科學(xué)課程

——復(fù)雜性科學(xué)視野下的過程關(guān)注

復(fù)雜性科學(xué)中的耗散結(jié)構(gòu)理論認為，不與外界交流物質(zhì)與能量的封閉系統(tǒng)只會走向無序與退化，而只有與外界有物質(zhì)、能量、信息交換的開放系統(tǒng)，才可能走向有序——“非平衡態(tài)已使體系避免了……熱無序，并把環(huán)境輸入的一部分能量轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N新型的有序形態(tài)……以對稱破缺、多重選擇和長程關(guān)聯(lián)為特征的一種動態(tài)。”[14]耗散結(jié)構(gòu)理論的核心思想是，遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)通過不斷地與外界交換能量與物質(zhì)，在外界條件變化達到某一特定的閾值時，在其內(nèi)部的非線性機制的作用下，就有可能從原來無序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N時間、空間或功能的有序狀態(tài)，形成新的有序結(jié)構(gòu)。它突破了“系統(tǒng)只有平衡才可能穩(wěn)定”的靜態(tài)有序結(jié)構(gòu)觀點，指出“非平衡態(tài)的動態(tài)有序結(jié)構(gòu)”存在于自然界與生命系統(tǒng)中。從耗散結(jié)構(gòu)形成的過程分析看，系統(tǒng)開放、遠離平衡態(tài)、漲落成為必需的條件，它解決了自組織出現(xiàn)的條件環(huán)境問題。作為復(fù)雜性科學(xué)重要的理論來源，由耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、突變論與超循環(huán)理論構(gòu)成的自組織理論，突出了系統(tǒng)自身的主動性，強調(diào)系統(tǒng)自身的演化，而開放性成為實現(xiàn)主動性與演化的前提條件。

從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)看，學(xué)校、課堂是一個多維、多層次與多目標的復(fù)雜性系統(tǒng)；從綜合科學(xué)的學(xué)科特征看，又呈現(xiàn)了區(qū)別于分科課程的整體性與綜合性。因而，從復(fù)雜性科學(xué)的視野審視科學(xué)課程實施過程，應(yīng)呈現(xiàn)開放性——表現(xiàn)為開放的課程內(nèi)容、開放的教學(xué)過程、開放的課程評價等。從課程研制看，課程內(nèi)容的組織與選擇是關(guān)鍵性環(huán)節(jié)，即科學(xué)課程的開放性首先體現(xiàn)在科學(xué)課程內(nèi)容的開放性——向?qū)W生社會生活實際的開放、向科學(xué)發(fā)展的歷史與前沿的開放、向與科學(xué)相關(guān)學(xué)科內(nèi)容的開放、向技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用的開放。開放的教學(xué)過程是對師生角色的重新定位；是對教材霸權(quán)地位的一種突破，不僅需要開發(fā)與利用課外的課程資源到科學(xué)課堂中，而且需要充分利用課堂生成的課程資源；是對單一教學(xué)方法與手段的豐富，實現(xiàn)多元方法的應(yīng)用與整合。

復(fù)雜性科學(xué)的提出，不僅把統(tǒng)一性與多樣性綜合起來進行思維，而且把不確定性和確定性、邏輯性和矛盾綜合起來進行思維，它還把觀察者包含到觀察領(lǐng)域中。即研究者（觀察者）不僅要考慮不確定性因素，而且需將自身“包含到觀察領(lǐng)域中”，才能較完整與全面地對復(fù)雜事物作出論斷。對于科學(xué)課程的評價，其評價的對象不僅只是學(xué)生，而是學(xué)校、課堂這一復(fù)雜系統(tǒng)，需要將評價對象置身于具體的情境中，融入研究者自身的觀察與思考，在多元評價主體的交流、討論中作出完整的評價。因此，綜合科學(xué)課程的評價中，不僅需要強調(diào)評價主體的多元、評價方式的多樣，關(guān)注科學(xué)課程實施過程評價，而且需要強調(diào)對科學(xué)課程實施的具體情境的關(guān)注與多元評價主體的交流。

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Reflection on the Implementation of Science Curriculum

from the Perspective of Complexity Science

HUANG Xiao & MAO Chang-yun

（Zhejiang Normal University， Jinhua 321004， Zhejiang Province）

Abstract： The development process of complexity science shows different types of complexity and diverse research approaches with characteristics of nonlinearity， diversity， integrity， and self-organized criticality. The reflection on the implementation of science curriculum from the perspective of complexity science lies in the following three aspects： firstly， the holistic thinking and diverse research approaches which the complexity science reveals manifest the value pursuit of the form of comprehensive science curriculum； secondly， complexity science implies the connotation of multi-dimensional nature of science， such as the unpredictability of science beyond the traditional criterion of demarcation of science， the diversity of scientific methods reflected by the integration of the metaphor， the model and the numerical method， and the generation of scientific knowledge revealed by its geographical expression； thirdly， the openness and self-organization of complexity science prompts us to focus on and pursue the science curriculum.

Key words： complexity science； science curriculum； comprehensive science； holism； openness； the nature of science