论蝴蝶效应视域下的教学活动——以高中地理教学为例

王 珊 刘树凤 王涛玲

（1. 南京师范大学 地理科学学院, 江苏 南京 210023; 2. 丹阳市第五中学, 江苏 镇江 212300）

混沌理论描述的系统，其动力学方程是确定的，而系统长期的演化行为存在随机性。[1]混沌理论认为：在混沌系统中，初始条件十分微小的变化经过不断放大以后，其未来的状态将会有巨大的差别，即蝴蝶效应，其具有不可预测性和对初始条件极为敏感的特点。[2]教学过程是一种非线性的、混沌的过程，和蝴蝶效应之间有着某些必然联系，因此可以将蝴蝶效应灵活应用于教学活动中，从而达到教学效果的最优化，促使蝴蝶效应服务于教学活动，本文以高中地理教学活动为例进行探讨。

一、蝴蝶效应的内涵

蝴蝶效应也可称台球效应，是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语，也是非线性系统在一定条件（可称为“临界性条件”或“阈值条件”）出现混沌现象的直接原因。[3]对于这个效应最常见的阐述是：“一只蝴蝶在巴西轻拍翅膀，最终可能导致一个月后在美国德州发生一场龙卷风。”如此惊人的效应产生原因即一只蝴蝶煽动翅膀产生的微弱气流，导致周边空气系统发生变化，这种微弱气流又会进而引起四周的气流或其他系统发生相应改变，由此引发一个连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。此效应中蝴蝶煽动翅膀所产生的微弱气流，就是导致最终结果的初始条件。在现实生活中，这种看似不起眼、微不足道的初始条件往往影响整个结果。蝴蝶效应说明，事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性，初始条件的极小偏差，可能引起结果的极大差异。

蝴蝶效应并非简单提出蝴蝶煽动翅膀可以引发龙卷风的观点，而是运用比喻的手法来说明任何事物发展都有其潜在的可能性。因此蝴蝶煽动翅膀最终引发龙卷风只是整个事件最终结果的潜在可能性之一，并非确定性结果，其中，推动事件向某一方向发展的潜在力量称为“吸引子”。这种“吸引子”对初始条件有极大的依赖性，创造了整个系统的不可预测性。

二、蝴蝶效应和教学活动的联系

如今，蝴蝶效应已不限于当初仅对天气预报而言的洛伦兹的蝴蝶效应，而是一切复杂系统对初值极为敏感的代名词或同义语。从蝴蝶效应本身来看，它是沿着一条或几条因果关系（初始条件）的链条发展，使波及的范围逐渐扩大，是一个不断被放大的非线性过程。把这种事件的非线性发展模式应用在教学中，将有利于教学内容的回顾、展开、知识结构的过渡以及学生认知的构建。[4]

在一定条件下，教学活动可看作一个独立的系统，此系统中存在着许多不确定因素，如教学中的突发事件、课堂中学生的错误、学生的活跃程度、学习兴趣以及教学内容、教学情境等，都可以成为导致教学产生蝴蝶效应的初始条件和“吸引子”，若不正确处理，可能产生不良后果，若处理得当，则会有意想不到的收获。值得注意的是，产生龙卷风只是蝴蝶效应最终结果的可能性之一，而且这个龙卷风的性质由初始条件决定，良好的初始条件经过一系列连锁反应产生好的结果，相反，不良初始条件最终有可能带来极其恶劣的结果。由于教学活动的主体是有着主观能动性的学生，当学生的变化达到一定的临界值时，就会产生一定的蝴蝶效应，从而影响整个教学活动的效果。因此，在教学活动中，教师应时刻关注整堂课的初始条件和“吸引子”， 倡导有利因素、抑制不利因素，使得教学活动向着产生良好“龙卷风”的状态发展，让蝴蝶效应更好地服务于课堂教学。那么，蝴蝶效应会给教学活动带来哪些启示呢？本文以高中地理教学活动为例进行探讨。

三、蝴蝶效应对地理教学活动的启示

地理学科是一门实践性和综合性很强的学科，具有区域性、整体性、差异性等特点，各个知识点之间存在潜在联系。所以地理教学过程中，要求教师不仅要灵活掌握教材和教法，而且要关注课堂中的各种初始条件：课堂中的微小变化和潜在问题，并巧妙运用蝴蝶效应理论，对各种初始条件加以引导调试，使其向着更好的方向发展。

1.创设课堂有利初始条件

从蝴蝶效应原动力学角度来说，在一个动力系统中，初始条件下微小的变化能带动整个系统长期巨大的连锁反应。[5]同样，地理课堂也是一个动力系统，成功的地理课堂不仅仅是让学生掌握基础知识，更重要的是让课堂焕发出活力，培养学生的创造性、自主性，以及树立正确的世界观和人生观。为了让课堂产生影响学生一生的强大力量并向着预期的良好方向发展，教师就必须用心创设初始条件，使得初始条件服务于学生。

短短45分钟，想要产生无穷的力量，首先要吸引学生的注意力，让学生产生兴趣。课堂导入作为整堂课的开端，是决定课堂发展方向的初始条件。因此，教师可以用一些故事、歌谣等作为开端，引发学生思考和联想，起到“抛砖引玉”的作用。如在讲述全球性的气压带和风带时，可以引述15世纪末，哥伦布发现新大陆后，欧洲移民不断涌入，并从欧洲装载马匹进行贩卖，但当船队经过南纬20-30度海域时，空气干燥，连续几周海上无风，使船只无法航行，时间久了，食物消耗怠尽，大批渴死饿死的马匹被投入海中，海面上漂浮着众多的马尸，故名“马纬度”。通过这个故事引出“马纬度”名称的来缘，继而让学生推出副热带高气压带的特点。此外，学生的世界观、人生观及热爱生活、热爱地球的情怀并非一朝一夕可以培养出来的，而且学校也不可能单开一节地理课给学生讲人生。因此，教师可以在课堂上的适当时候渗透有关人生观的知识和观念，久而久之，这种渗透就可能成为学生树立正确人生观价值观的初始条件，影响学生一生。

2.警示课堂蝴蝶吸引子

所谓蝴蝶吸引子，即能够引起蝴蝶效应的微小变化，这些微小的变化经过长时间的累积滋生，也许能够影响整个事态的发展。一直以来，中学地理教学都是“以教师为中心”，实行“满堂灌”“填鸭式”的单一而陈旧的教学模式，[6]教师把过多的精力放在地理知识的传授和应试教育上，忽略了对学生的关注。高中学生正处在身心发育的特殊时期，心理正慢慢走向成熟，且非常敏感，极易产生心理障碍。教师对学生的忽略所产生的心理变化，就可以看作蝴蝶吸引子。再看蝴蝶效应：起初是由一只小小的蝴蝶煽动翅膀，而正是因为这只蝴蝶的微小，才容易引起人们的忽略，最终导致龙卷风的形成。正所谓“千里之堤，溃于蚁穴”，所以地理教学中，教师应多关注学生，发挥学生的主体作用，增强学生的自信，防止学生过度自卑而产生心理障碍。如讲述“常见的天气系统”时，教师可以先简单介绍气团和锋面的知识，然后让学生阅读教材，弄清楚冷锋和暖锋的差异，让学生比较教材（以人教版为例）图2.19和图2.20，找出两幅图的不同点，总结冷暖锋差异，使学生主体性得到良好发挥，培养学生自主思考的能力，减少自卑心理的产生。

其次，要正视学生的错误，每一次错误也可以视为蝴蝶吸引子，这个蝴蝶吸引子对决定蝴蝶效应的性质好坏，起着关键性作用。一些学生在学习地理的过程中，虽然已具备了解决某个问题所需的知识，但由于思维的逻辑性不强，往往会得出错误的结论。[7]如“热力环流”中，热力环流是由于同一水平面冷热不均而形成的，气流由高压流向低压。有的学生没有弄清楚大气环流各个环节形成的先后顺序，以及高空和地面高低气压的比较，而陷入高空的高气压和地面的高气压到底哪个数值高以及为什么垂直运动的气压是由低压指向高压的死胡同里。这时就需要教师及时疏导，了解问题产生的原因，对症下药。

3.凝聚集体力量，展现蝴蝶风暴

如果真的要回答“一只蝴蝶拍一下翅膀会不会在得克萨斯州引起龙卷风?”那回答只有一个，就是不知道！[8]但从中我们可以推出的结论是：十只蝴蝶拍一下翅膀在德克萨斯州引起龙卷风的几率要远远比一只蝴蝶拍翅膀引起龙卷风的几率大。课堂上，每个学生都是一只蝴蝶，若其中一个或几个学生创新性思维的“微弱气流”得到其他同学的响应，这股气流很快就会形成一股风，进而形成强大的气流带动整个集体，形成蝴蝶风暴。

因此，地理课堂中，教师可以利用集体的力量帮助学生发现问题、解决问题。最常见的方法就是把班级学生根据座位或者兴趣爱好分成若干组，施行分组教学法，通过小组合作发挥集体力量。小组合作可以体现在课后作业上，如在讲述热力环流时，把学生分成若干组，通过课前预习设计一个简单的热力环流实验。这个实验的设计对于单个学生来讲还是有一定难度的，但是当同学们聚集在一起时，那种力量是不可估量的，往往给教师带来意外的惊喜。小组合作也可以直接在课堂上进行，如在讲述对流层大气的受热过程时，为了让学生更好地弄清楚太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射以及大气对太阳辐射的削弱作用和各种辐射之间的关系。课堂上教师可以先画出基本的太阳辐射、地面辐射、大气逆辐射三个简单箭头，不标注名称。学生通过小组合作，研读教材并把整个受热过程图完善起来，不仅有了师生间的交流，也使学生知识轮廓更加清晰。

四、蝴蝶效应的期许

巴西蝴蝶煽动翅膀到底能不能带来德克萨斯州的龙卷风呢？笔者认为，地理课堂中，只要教师积极发挥监督作用，注意班级中的“微弱气流”，对“负面气流”予以及时打压，对“正面气流”则予以鼓励支持，多多关心学生，变换教学方法，培养学生地理学习兴趣，并号召全班共同参与，笔者相信，每只“蝴蝶”定能引起不一样的龙卷风。

[1] 申传胜.“混沌”的基本特征及其在教学设计中的应用[J].安庆师范学院学报(社会科学版),2008,27(6):76-78.

[2] 华国梅,李中晶,邓丽梅.“蝴蝶效应”对高职旅游英语学习及教学的启示[J].商业文化(下半月),2012,(6):238-239.

[3] 丁有瑚.蝴蝶效应[J].现代物理知识,1993,9(3):7.

[4] 李红波,刘彩虹.“蝴蝶效应”教学策略的设计与应用[J].广西师范大学学报(哲学社会科学版),2006,42(1):100-104.

[5] 张继梅.“蝴蝶效应”视阈下的思想政治理论课实践教学改革——以绥化学院为例[J].黑龙江高校研究,2011,(10):160-162.

[6] 程联训.地理教学中存在的问题和解决的措施[J].教育教学论坛,2011,(8):209.

[7] 吴育梅.在新课程理念下构建高效的高中地理课堂[J].学周刊,2012,(5):151.

[8] 磬音.爱德华●诺顿●洛伦茨 蝴蝶效应创始人[J].创新科技,2011,(8):38-39.