自组织理论、耗散结构.ppt

自组织理论自组织理论l自组织理论包括耗散结构理论、协同论、突变论和超循环理论组成。l自组织是系统科学的一个重要概念，它是复杂系统演化时出现的一种现象。我们根据一个组织是否是按照外界特定干预而形成的，又可以把组织分为自组织和他组织系统。l组织力来自系统内部的是自组织，组织力来自系统外部的是他组织。l自组织的自组织的含义含义：l“自自”，是指，是指“自发自发”；“组织组织”说明系统中所包含的各个运动变化的子过程之间的相互协作、竞争，使过程演化为有序使过程演化为有序。l自组织自组织过程：过程：l具有一定功能一定功能的非线性的多体开放系统非线性的多体开放系统在离开平衡态时离开平衡态时会与外界不断进行交换与外界不断进行交换，受到影响和干预，内部结构从无序变成从无序变成（规则或不规则的）有序时空结构的过程有序时空结构的过程。耗散结构耗散结构l“耗散结构耗散结构”理论理论（自组织理论的代表性理论）l定义定义：一个远离平衡的开放系统，在外界条件变化达到某一特定阈值时，量变可能引起质变，系统通过不断与外界交换能量与物质，就可能从原来的无序状态转变为一种时间、空间或功能的有序状态，这种远离平衡态的、稳定的、有序的结构称之为“耗散结构”。耗散结构形成的条件耗散结构形成的条件l 系统是一个开放的系统l开放系统是一种与外界自由地进行物质和能量、信息交换的系统，只有开放的系统，才能从与外界物质、能量和信息的交换中不断获得负熵流，使系统向有序化发展。开放的系统输入的是物质、能量和信息，输出的是各种产品和服务。l 系统是一个远离平衡态的系统l普里高津认为，开放系统是耗散结构形成的必要条件，但不是充分条件。他指出：“一个开放系统并没有充分的条件保证出现这种结构”，耗散结构只有在系统保持“远离平衡”的条件下，才有可能出现。因为系统在平衡态和近平衡态线性区，是处于稳定状态或趋于稳定状态系统总的倾向是趋于无序或趋于平衡。l 通过涨落的有序l涨落是指系统的某个变量对平均态的偏离。在远离平衡态的系统中，涨落是系统由不稳定状态形成新的稳定有序状态的杠杆，起着积极的建设性作用。当系统处于远离平衡态时，随机的小涨落可以通过非线性的相干作用和连锁效应被迅速放大，形成系统整体上的“巨涨落”，从而导致系统发生突变，形成一种新的稳定有序状态。l 远离平衡态系统内各要素之间存在着非线性的相互作用l根据普里高津耗散结构理论，对于近平衡态系统只存在两种演变前途不是衰亡就是无限增长。近平衡态系统的定态和非平衡约束是一一对应的，即除热力学分支外无任何其它分支存在。熵熵/负熵负熵系统有序度量的系统有序度量的量度量度l熵的原意熵的原意是热量被温度除的商。相同热量时温度高则熵小，温度低则是熵大。l“熵是这样一个量，它在有耗散的情况中不停地增长，当所有进一步做功的潜力都耗尽了以后，熵就达到了最大值，熵达到了最大值就意味着能量的耗尽、系统的毁坏。”l熵的本质内涵熵的本质内涵是变化，越是熵少的体系，其有序度越高，反之，其混乱度就越高。l我们用熵代表系统无序程度。信息代表系统有序的的程度，信息的增殖自然就是“负熵负熵”。耗散结构的例子耗散结构的例子学校学校l学校在长期的办学过程中与社会直接的接触甚少，形成自成一体的封闭系统、孤立的平衡系统。l这种系统可以存在，但没有活力，不可能发展。表现为：办学模式僵化，学校缺乏主动适应社会和经济发展的动力、压力与活力，对社会变革和需求的反馈不够直接、及时和敏感；学校内部教职工涣散，缺乏主动性、积极性、创造性；管理滑坡，办学效益低下、内耗丛生，显然这是一种无序状态。（熵的增加）l耗散结构理论告诉我们，系统开放是形成有序结构的条件之一。一个系统要实现从无序到有序，必须与外部环境保持持续物质和能量交换并达到足够数量。在当今国际人才大竞争、科学技术大发展、全球经济大开放的背景下，教育系统作为传播知识、培养人才的重要基地和阵地必须做到全方位的开放。以学校向社会输送人才，知识，提供一定社会服务;社会向学校输入教育人才，资金，教育教学设备的形式进行。l学校内部管理体制改革后，政府下放部分办学权力，调整部分教育政策和制度“铁交椅”“铁饭碗”、“铁工资”被打破，实质是打破了旧的平衡态，将学校内部的管理体系一下推向了远离平衡态的非线性区，学校系统处于宏观稳定状态下的微观动态运行过程，促使自身进入有序结构，而系统内部的机构设置、资源组合运作、管理制度修订完善、人员配置等问题，都需要学校发挥自组织的作用，以增强自身的适应能力和应变能力。（熵值的减小）l基于开放是学校的本质特性。公立学校在办学中就要积极营造有利的外部环境，与社会大系统建立更为频繁的公共关系；基于非线性是学校根本机制的把握，就要鼓励教师、学生参与学校的决策，允许家长、社区参与学校的管理；基于涨落是学校变化的重要外因，学校管理者就要深刻领悟教育政策、法规的精神实质，并与本校实际结合，在校内消化、吸收，确立起促进学校自主发展的改进目标，并在学校内形成一种积极的自主发展机制。l学校成为自主办学实体，由他组织走向自组织，就是从一般向优质发展、从低级向高级的连续不断的演化过程。教学系统的自组织教学系统的自组织教学系统作为一个系统,它既可以是被组织系统,又可以是自组织系统。教学过程的自组织是指:在教师的引导下,学生的知识、技能和方法等参量之间进行相互协同和竞争,当学生的大脑进入从无序到有序的临界值时,导致只有少数序参量支配学生的认知系统,最终实现学生的认知从无序变为有序,达到“教是为了不教的目的”。l实现教学过程从被组织到自组织的转变,需要满足以下条件。首先,教学过程必须开放。l教学过程的开放,关键是要有真实的交流。所谓真实的交流,就是学生自己产生问题,不是教师提出问题,更不是为了提问题而进行的虚假交流。l其次,教学过程必须远离平衡态。根据自组织理论,非平衡是有序之源。l教学过程远离平衡态,才能够使学生原来的认知状态被远离平衡态的刺激所打破,发生“协同”或更深刻的“竞争”过程,使认知结构得到充实或变革,达到新的水平和新的平衡。布鲁纳认为,“为了促进学生的思维状态处于非平衡态,教师必须努力启发他们自由灵活地思考问题。”即要求学生不满足已有的理论和知识体系,具有怀疑的态度和批判的精神。l第三,促进教学过程非线性相互作用的发展。l在教学过程中,直觉思维作为一种非线性思维。为了促进教学过程从被组织向自组织的转变,必须重视发展学生的直觉思维。这样,就应当根据学生的知识水平,选择恰当的内容,有计划地训练学生从整体出发,用猜测、跳跃的方式,直接而迅速地寻找解决问题的方案,如果得出荒谬或与事实不符的结论,则重新进行,直至解决问题。l第四,通过随机涨落促进教学过程从被组织向自组织转变。l“涨落导致有序”。因此,教学中教师应当创造自由民主的课堂教学氛围,鼓励学生大胆提出见解,引导学生深化各种各样的想法而不去追究产生的理由,通过学生与教师和其他学生进行对话、争论乃至辩论,在思维的交流与碰撞中闪现出智慧的“火花”。自组织和他组织的对比自组织和他组织的对比l我国学生总是学习教科书(系统封闭),听老师的话(处于平衡态),认为科学就是逻辑(线性相互作用),不善于提出新的想法(缺乏涨落),这就造成了我国学生根基扎实但“缺少创新意识”的问题。因此,我国“透彻式”的教学在很大程度上属于被组织范畴。l而美国学生总是进行广泛的学习(系统开放),怀疑和否定权威(远离平衡态),异想天开(非线性相互作用)和标新立异(注重涨落),这就形成了美国学生根基不够扎实但创造能力较强的状况。所以,美国“渗透式”的教学则更多地归于自组织范畴。