作業:
您認為本單元有哪些重要概念?
請以概念的連結圖來表示這些概念之間的關連?
在每一條連接線上註明任兩概念間之聯繫是怎樣的聯繫?
統整多元智能與學習風格:
榮格學習風格的類型:(感知+判斷)抽象理性型(理解型)、具體理性型(精熟性)、抽象感性型(自我表達型)、具體感性型(注重人際型)。(雷達圖)
概念圖
多元智能(學年課程計畫工作表)
八種智能 小國高 | 物理系統 | 化學系統 | 地球系統 | 生命系統 |
視覺─空間智能: (圖像)表徵; 積極想像; 找方向 形象操作 認識事物的空間關係 從各種不同角度正確感知事物 | ||||
邏輯─數理智能: 圖像組織; 進行複雜計算; 辨認抽象的模式。 歸納推理 演繹推理 發現關係與聯繫 科學推理 | ||||
自然智力: 認識與區別物種; 與自然交流; 對動植物敏感。 種植與扶養自然界的各種生物。 認識和理解自然界對人類的影響。 | ||||
身體─動覺智力。 模仿能力; 心身之間的連續與協調 控制身體的自發動作 控制程序化了的身體動作。 通過身體感知; 身心的聯繫; 改進身體機能。 | ||||
言語智力。 語言幽默; 解釋、教學與學習;元語言分析。 理解詞的順序與意義 使他人信服某種行為 記憶與回憶。 | ||||
音樂─節奏。 聽覺模式與結構; 對聲音敏感; 辨認各種音調的特徵 理解音樂的結構 理解音樂與聲音的模式與結構 創造旋律、結構、聲音 體會音調、聲音以及震動的特徵。 | ||||
交往─交流智能。 團隊合作; 聽取別人觀點; 認識到別人的立場和觀點。 有效的語言和非語言交流; 注意他人之間的差異並做出區別 發起並維持協同。 | ||||
自知─反省智力。 高級思維與推理; 留心; 意識到並能表達各種感情或情緒。 專注 元認知; 自我超越能力 |
交流智能:培養積極依賴關係的合作學習、移情、團對競爭、小組項目、社會技能。(教學做合一)
語言智能:通過語言的讀、寫、說來認識世界。以論文、辯論、報告、正式或非正式交談、創造性的寫作以及與語言有關的幽默(如謎語、笑話、相關話)為工具。
反省智能:日記、對自己思考問題之記錄、遷移、高級思維、情感加工。
邏輯智能:計算、思維技能、科學推理、數字、邏輯、抽象符號與圖形之認知。
視覺空間智能:視覺化、表徵、想像、剪輯、繪畫、雕塑、拼貼。
音樂節奏智能:演唱、聲音、音調組合、生活中的各種節奏等。
身體─動覺智能:身體遊戲、模仿、身體語言、角色扮演、體育鍛鍊、創造。
自然智能:實驗、野外調查、感官刺激、對自然圖案進行分類和綜合。
單元延伸模式工作表:
教學目標及學習結果 您想要在這單元中強調哪些關鍵概念和技能? | 教室布置 需要怎樣小組和個人活動 |
理解訂定和實施一個?所需的步驟 | |
資料(需要哪些材料和設備) | 評估(您要求學生展開怎樣的教學活動以便對他們進行評估) |
八種智能 | 已教過的內容 (單元中以用到的核心能力) | 核心能力清單 | 新的機會(包括在計畫中的附加能力) |
視覺─空間智能: |
| 三要素:準確感知物體的能力,具體表現為觀察力;通過想像物體的旋轉在空間操作物體,或從另外的角度描述物體的能力,具體表現為想像力;把個體的感知通過平面或立體的形式表現出來的能力。具體表現為創造力和表現能力。 鼓勵學生將自己的想法畫下來,或用流程圖來表達自己對數學問題、科學概念或某一問題的理解。 允許學生在學習時,亂寫亂畫,鼓勵學生在討論時將關鍵詞記錄下來。 充分發揮顏色在學習中的作用,鼓勵學生用不同的顏色作標記,師生共同保持一個賞心悅目、色彩豐富的教室環境,或固定使用一種顏色來表示一種概念,從而有利於學生對不同概念的理解。教學中運用視覺媒介。 鼓勵學生使用計算機繪圖軟件或互動光盤學習和完成作業。 | |
邏輯─數理智能: |
| 核心要素有六個: 具體的數學技能、分類、感知並理解圖形、進行系統推理、抽象推理、及深入的連續推理。這幾個核心要素要求個體根據自己的客觀觀察得出結論或做出預測,提出假設並據此去解決問題,進行從具體到一般的歸納推理,或進行從一般到具體的演繹推理。 將實物分類 完數學拼圖 將實物與圖片配對 用稻草建構幾何圖形 使用計算機作基本計算 參加動手操作的實驗 建立並運作班級商店或銀行 製造有關物體的比例圖 | |
自然智力: |
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身體─動覺智力。 |
| 三要素:有效控制身體運動的能力;熟練的操作物體的能力;體腦協調一致的能力。用身體動作表現詞彙或科學概念。 使用操作性材料。 學習製作三維模型,並在此過程中使用美術紙、稻草、磚塊、泥土、木棍、像皮帶和釘子等工具。 用身體姿勢或動作來演示角度、字母、單詞、或簡單的等式。 用舞蹈或其他有創意的活動來表達自己對某一問題的理解。 | |
言語智力。 |
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音樂─節奏。 |
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交往─交流智能。 。 |
| 三要素:辨別他人情緒、情感和意圖的能力;以恰當的方式對他人的語言或行為做出反應的能力;說服他人、影響他人或推動他人做事情的能力。 | |
自知─反省智力。 |
| 三要素:能否形成正確的自我認識;能否意識到他人的存在以及具有何種價值觀。意識到自己的心裡活動及其原因;理解他人的思想、情緒和情感;依據對自己的認識和對他人的理解指導自己的行為。 讓學生有自己思維和反省的時間以及獨立工作的時間。 開展能使學生集中注意力的活動。 紀日記。盡量給學生提供表達自己的空間和時間、 閱讀傳記。寫自傳。讓學生把自己想像的活動畫下來或者寫下來,使學生練習如何更自由的表達自己。 用各種方式表達自己的觀點。 讓學生定期的製作自己的個人目標。 在教學中使用開放式問題,讓學生能自己思考問題並得出結論。 在每節課結束前留一點時間讓學生回顧客上所做的事情,教師可以通過問學生一些問題來幫助學生進行回顧。如今天我們在課上做了什麼?我們為什麼要這樣做,您們覺得我們還可以採用哪些不同的方式,在生活中我們應該怎樣應用我們今天所學的東西。 |
單元模式反思表(其他可以運用這個模式的單元): |
對這個單元我將做以下調整: |
這個模式中我最欣賞的東西: |
這個模式對我的最大挑戰是: |
多元智能學習站:(主題統整)
學科聚焦模式:(細胞)
教學目標及學習結果 您想要在這單元中強調哪些關鍵概念和技能? | 教室布置 需要怎樣小組和個人活動 |
學生將學習並理解大多數細胞共有的基本結構及其生命過程,學生辨認單個細胞的各個組成部分及其功能,以及各種不同的細胞極其功能。在單元結束時開展的博物館項目中他們將向別人展示自己的學習以及發現。 |
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資料(需要哪些材料和設備) | 評估(您要求學生展開怎樣的教學活動以便對他們進行評估) |
| 在每個星期中,學生將通過各種方式來展示他們對課程內容的理解:角色扮演、書面作業、三維模型、實驗室工作等。這個項目要求學生能將自己在課堂中所學的知識用一種新的方式展示出來,從而能使其他班級的學生理解這些內容並對他產生興趣。和學生就它們將在博物館展出的東西進行交談,瞭解學生對課程內容的理解和掌握情況。 |
星期一 | 星期四 | 備註 | |
第一週 重點內容 細胞結構(構成部分、位置及功能) 重點智能: VS:視覺空間 LM:邏輯智能 VL:語言智能 AV:聽覺震動 INTER:交流 INTRA:反省 BK:身體動作 | 播放有關細胞組成部分及其功能的錄影帶。(VS) 在小組中學生學習有關細胞各個組成部分及其功能的定義和術語,包括細胞液、細胞膜、線粒體、核糖體、細胞質。然後要求學生用自己的語言定義細胞的組成部分(VL,INTER)。 小組成員各自研究細胞的一個部分,利用自己的筆記和研究為該部分畫圖(VS,INTRA,LM)。 | ||
第二週 重點內容 各種細胞及其構成元素 重點智能: VS:視覺空間 LM:邏輯智能 VL:語言智能 AV:聽覺震動 INTER:交流 INTRA:反省 BK:身體動作 | |||
第三週 重點內容 細胞的生命歷程 重點智能: VS:視覺空間 LM:邏輯智能 VL:語言智能 AV:聽覺震動 INTER:交流 INTRA:反省 BK:身體動作 | |||
第四週 重點內容 細胞自身的作用及細胞在整個生命體中的作用 重點智能: VS:視覺空間 LM:邏輯智能 VL:語言智能 AV:聽覺震動 INTER:交流 INTRA:反省 BK:身體動作 |
工作風格紀錄錶
學生姓名:觀察者:
活動名稱:日期:
請鉤出您觀察到的學生表現明顯的工作風格,只有在表現明顯時才打勾。盡可能用準確和概括的語言描述學生在活動中的表現,包括評論或一些能說明問題的小事。如果特別優秀,請在旁邊打*號。
學生是 | 教師的相關評語 |
很容易進入工作 | |
不願意進入工作 | |
表現自信 | |
只是想嘗試一下 | |
嬉戲的 | |
嚴肅認真的 | |
全神貫注的 | |
容易分心的 | |
堅持性高 | |
容易有挫折感 | |
衝動型的 | |
反思型的 | |
工作適應慢 | |
工作適應快 | |
多話 | |
安靜 | |
身體反應:視覺﹍﹍動覺﹍聽覺﹍﹍﹍ | 根據是: |
學生在有計畫的進行活動 | 根據是: |
學生把個人的強項帶到活動中去 | 根據是: |
對該領域容易感興趣 | 根據是: |
以一種全新的方式使用材料 | 根據是: |
完成工作時表現出自豪 | 根據是: |
注意細節或善於觀察 | 根據是: |
對材料很好奇 | 根據是: |
對正確答案很關心 | 根據是: |
關注與成人的互動 | 根據是: |
教室觀察紀錄表
學生 | 日期/活動 | 領域/關鍵能力 | 證據/例子 |
D.H.Feldman接受Piaget的層級綜合性和層次不可逆性的論斷,但證明不平衡才是發展研究的重點。「發展不僅是一個內部平衡和不平衡相互交錯的過程,同時還是一個擴展和鞏固相互交織的過程」。所謂擴展是指將新獲得的技能廣泛運用於各種場合。鞏固是強化已有的技能直到這些技能的運用成為兒童通常的活動方式。認知和發展的最高層次是實踐能力和創造能力。是創造性的解決問題和生產有用產品的能力。
協同學序參量與學習(學習的自組織理論:課程的廣義進化論:系統演化論)
電漿波:類比oscillator strength=選擇的強度
進化論:選擇、選擇的強度、電漿波與學習之類比:自由頻率、介質頻率、加入背景效應(平均場)、
系統演化論與人之學習:結構序化原理、功能優化、協作原理。
二、系統科學各分支之演化論(下稱自組織理論1)的一些共同點
前述系統科學各分支的自組織理論有如下的共性:
自組織理論都與系統的演化過程相聯繫。這是系統自組織理論區別於以往科學尤其是區別於經典物理學的根本特點。在經典物理學(牛頓力學、量子論)中時間只是一個幾何參數,與系統演化沒有實質聯繫。也就是說,系統的存在和運行狀態在過去、現在和將來都是一樣的(即運動方程具有時間反轉不變性)。所以只要找到了一個個不變的物質實體,理解了構成整體的一個個小單元,就可以掌握整體,瞭解世界(機械化約論和還原論)。在自組織理論及現代不可逆過程熱力學中,時間與系統整體之演化密不可分。也就是說,系統的組織、結構和運行狀態等,是隨時間的流逝而不斷變化的。所以世界並非是由簡單的宇宙之磚建構起來的不變大廈,而是不斷演化、不斷產生新結構之永不停息的成長過程。自組織理論的任務就是要研究在較長的時間尺度裡,系統的型態、結構、和組織等是怎樣產生和如何演化的,組成整體的小單元(功能子系統)又是如何發生協同一致的行動,以達成使系統的結構序化、功能優化的進化目標(參下)。
自組織理論所闡明的系統演化原理都與系統的各種本質聯繫相關。系統科學各分支中的演化原理雖然各不相同,但其基本前提卻是一致的。即系統的形成與演化都是通過系統與環境、子系統與子系統之間交換物質、能量和信息來實現的。系統自組織結構的形成實質上是從起初無聯繫的單元通過發生物質、能量、信息交換而形成的共存結構或功能耦合單元(自組織的核心);系統結構的演化實質上是子系統之間既定的物質、能量、信息聯繫在一定條件下,使系統產生新質的變化(新的聯繫、新的類比、統整)。
自組織理論中所揭示的原理都表明系統本質聯繫的發生和改變具有某種程度的必然性,並且都在一定精確度的範圍內描述了外部條件的變化與這種本質聯繫之變化間的對應關係(控制參數對結構序化、功能優化、協同作用間的必然影響)。
自組織理論所揭示的系統演化原理描述了系統本質聯繫在產生和變化的過程中所呈現出來的方向性、不可逆性、複雜性和目的性(教與學的效用)。
三、自組織理論的結構序化原理
系統結構的演化問題就是系統結構有序程度的演化問題。即系統包含和利用的物質、能量、信息量及其彼此聯繫之確定程度的演化問題。系統的自組織演化是不斷有序化、不斷進化的過程;是物質、能量、信息量不斷聚集、複雜性和組織程度不斷增加的過程。其基本條件是(1)系統具有開放性,(2)系統具有內在的非平衡性(即具有在一定條件下內在平衡被破壞、內在穩定有序結構之對稱性破缺的性質。學習的動機、自覺的意識),(3)系統的內在結構穩定性機制與非穩定性機制之間存在著非線性相互作用(如何表現這種非線性相互作用)。討論如下:
系統之內在結構穩定性的機制常見的有下列幾種:
自平衡機制。是系統內各種力量自動趨向平衡關係的不可逆過程(熱力學第二定律)。這是系統在宏觀上顯示自保持、自適應、自運動等功能的根本機制。
自催化機制。是系統內部兩種(或兩組)對立力量相互制約,從而使彼此間之相互作用加速或減緩系統趨向平衡的機制。使這兩種(或兩組)對立力量的整體加速系統趨向平衡的催化稱為正催化,減緩趨向平衡的催化稱為負催化。
自調節機制。是子系統間為保持和趨向平衡而分化出來的,以自動調節彼此間的關係為職能的相對獨立機制。
信息反饋機制。是系統的信息機制和反饋機制的耦合機制(如上述的協同作用)。信息機制是系統獲取、加工和利用信息的機制。反饋機制是把系統的輸出信息送回輸入端,進一步影響系統之輸入的機制。反饋機制有兩種,一種是使系統趨於穩定或/且平衡的負反饋,另一種是使系統不穩定或/且遠離平衡的正反饋。
自修復機制。系統內部修復被破壞之功能子系統或本質聯繫的機制。
自複制(信息、類比)
自組織
系統結構之非穩定機制(失衡)常見的有下列幾種:
非平衡機制。是阻礙系統內部兩種對立力量趨向平衡的可逆機制。趨向平衡的不可逆機制通常是在外部擾動作用去掉時系統主動形成的過程(例如擴散、傳導等輸運過程)。阻礙趨向平衡的可逆機制則通常是在外部擾動作用發生時系統被迫形成的過程(例如在平衡點附近的內外擾動或漲落。認知衝突的強度)。它是系統產生新有序結構的必要條件。非平衡機制主要有兩種類型,一是近平衡機制,另一是遠離平衡機制。這兩種類型的功能如耗散結構論所述。
非線性機制。是使系統內部某種偏離內在平衡的可逆過程加速進行(例如負催化機制),從而使系統結構加速偏離最穩定結構的動力學機制。它是系統產生新有序結構的充分條件。其作用過程一般是某種外在條件的變化使系統之平衡態產生微小偏離(教師啟發得到反應),結果使得條件的變化加劇(教師對學生之反饋的反饋),再促成偏離加劇(正反饋),這個非線性過程不斷進行,系統的原結構就會失去穩定。
漲落機制。是引起系統結構偏離最穩定結構之內部隨機性的過程和機制。漲落在系統結構變化的不同階段具有不同的功能,因此可把它分為臨界漲落和非臨界漲落兩種類型。臨界漲落是系統結構的變化達到臨界狀態時的漲落;非臨界漲落則是系統的結構變化未達臨界狀態時的漲落。只有臨界漲落才能造成系統結構的失穩。但因漲落具有隨機性(只能促使改變,無法(也不需)掌握怎麼改變),所以系統結構在失穩之後,會選擇哪一個分支無法確定。
系統結構序化原理的過程和機制可大致表述如下:
隨著外在環境或條件的改變,系統總會不斷調整自己的內部結構,使其呈現出從相對無序到相對有序、從低級有序到高級有序的發展趨勢。這具體展現在三個方面:1. 當外界條件一定時,系統總是保持其原有的穩定有序狀態。這是系統具有自保持、自適應等功能的根據;2. 當外界條件變化時,系統總是選擇和趨向新的穩定有序狀態,且總是選擇趨向新結構的有序行為方式(過程及目的的優化),這是形成動態有序結構的根據;3.系統演化的總過程總是趨向於使自己包含和利用更多的物質、能量和信息量,使結構穩定性機制不斷增長,組織性不斷加強的不可逆進化過程。
四、自組織理論的功能(能力、特性)優化原理
任何系統在與環境發生交互作用時都會呈現出一定的功能,功能的大小可以用它對環境作用的性質和範圍以及功能器官的發展狀況等來表示(衡量能力之高低的指標、適應環境和改造環境的能力、創造力)。隨著系統與環境關係的發展,系統對環境作用的性質和範圍會不斷改進、不斷擴大、系統的功能器官也會不斷增多(能力種類及層次),彼此之間的關係不斷協調和完善(調控成一體)。系統功能的完善又會進一步推動系統與環境之新依存關係的發展(反饋迴環),於是隨著時間的推移,系統的整體功能就會不斷加速的發展起來。
對於自組織系統而言,它在整個演化過程中,隨著環境和條件的改變,會不斷調整自己與環境之間的關係,使自己的存在和運行狀態具有最優性。這具體表現為:
(1)在外界環境和條件一定時,系統總是保持其最優狀態;
(2)在外界條件發生變化時,系統總是選擇和趨向新的最優狀態,且總是選擇趨向新狀態的最優路線和最優的行為方式;
(3)系統發展演化的過程總是趨向於使自己可以利用的物質、能量和信息更多、功能更優。
在此所稱的“最優狀態”是指在既定的條件下,其內在需要得到最大滿足,其狀態是目的狀態,它與環境的關係是最適應、最和諧的關係。“最優化”是指在給定的環境條件下,其運行狀態是合目地性的,對於其所需要的物質、能量和信息來說,具有獲得量最多而耗費最小的性質,它與環境的關係是最協調的關係,其路線具有某種最優值(optimization)。可以說系統的和諧性、協調性、極值性、合目的性等都是系統存在、運行或演化狀態具有“最優性”的表現,也是系統發揮最優功能的表現。所謂“最優化”就是系統功能從不優到較優,從非最優到最優發展演化的過程和趨勢。
系統的存在和演化正是由其內在目的性(動機、自覺意識)來決定之功能(能力)不斷優化的過程。然而系統的目的性是怎樣形成的?它又是如何支配系統與環境之間的本質聯繫?又是怎樣隨著條件的變化而使這種聯繫發生改變,從而使系統功能實現優化的呢?討論如下:
自組織系統的目的性行為是在與環境不斷進行物質、能量和信息交換的關係中實現的(目的突現論)。自組織系統具有主動的和環境建立最優關係的性質,但環境的變化和內在的隨機擾動又總是發生,使實際關係總是會偏離最優關係,造成系統與環境之間的失衡,這是系統功能優化的必要條件。當這種情形所造成的非平衡程度較低,不足以破壞系統質的穩定性時,系統與環境的關係只會發生量變。另外,系統與環境之間也存在非線性的反饋關係,當這種反饋關係發展到一定程度時,系統與環境的非平衡關係就會從線性近平衡發展成為遠離平衡。當系統與環境之實際關係與最優關係遠離平衡而達到某一臨界點時,一個很小的擾動(臨界漲落)就會使系統與環境的關係發生質變,這是系統功能優化的充分條件(積量變為質變(環境的擾動、老師的觸發、自覺意識的覺醒)、頓悟)。
發生質變的系統,並非都能穩定存在。成功生存下來的質變系統,會與環境建立起新的依存關係,從而與環境確立新的相對平衡關係。系統與環境建立新的依存關係的途徑大致有三:1.在環境條件變得非常惡劣的情況下,有些系統因競爭力強,善於利用機會,獲得了足夠的物質和能量,從而生存下來。2.由原來的單一依存關係轉化為多種依存關係。3. 由原來的直接依存關係轉化為間接(即有中界環節)的依存關係。(適應的機制是:優化、一變多、直接變間接)系統與環境之新依存關係的鞏固和發展,必然使系統的功能發生變化,而且從總體而言、從較長時間尺度而言,必然是優化。當系統與環境間的關係由原來的單一依存轉化為多種依存,或由原來的直接依存轉化為有中介的間接依存關係時,就大大的擴展了系統的生存空間或大大的延長了系統的生存時間(即系統可以有較複雜的穩定態(例如分化出新的功能器官以及各種功能器官協調運作的等級提升)以適應環境的變化)。所有這些變化,都標誌著系統對環境作用的增加,因而也就成為系統功能優化的顯著標誌之一。
五、自組織理論的協同作用原理
協同作用是系統內部子系統之間發生長程相互關連所引起的集體運動。它有以下特點:1. 它是大量子系統相互作用的結果。子系統既可以是構成系統的基本元素,也可以是由若干基本元素構成的結構單元。組成系統的子系統只有相當多且彼此之間存在相互作用時,才有可能形成集體運動。2. 它是子系統之間某種長程相關的結果。大量子系統之間的不同相互作用程度,可用“相關度”來衡量。故可將子系統的相互關連狀態分為兩類:短程相關和長程相關。短程相關表徵子系統之間的相互關連、相互作用程度很低,具有相關範圍小、持續時間短、轉瞬即逝的偶然性等特點,如處於熱平衡態之液體中的分子之間的相關。短程相關不會引起大量子系統的集體運動。長程相關則不同,它表徵子系統之間的相互關係,相互作用程度很高,具有相關範圍大、持續時間常、有連鎖反應和不斷被放大等特性。因此,它可以引起大量子系統的集體運動。3. 它是子系統之間協調一致的,非破壞性的行動。子系統之間的長程相關有破壞性與非破壞性之分,破壞性的長程相關造成系統的結構崩潰,非破壞性的長程相關才能導致新有序結構的形成。4. 它是子系統之間既有差別和對立,又相互依存和合作的結果(參協統論之協同作用)。
(一)、協同作用的衡量
子系統協同作用的形式很多,依其內容可分為物質流合作、能量流合作、信息流合作等等。在簡單系統中,以物質流和能量流的合作為主;在高級系統中,三流合作兼而有之;系統越高級,信息流合作顯得重要。根據子系統合作的性質不同,可分為互補性合作和競爭性合作。互補性合作是子系統之間在功能上是以互補為主的合作,競爭性合作則是子系統之間在功能上是以競爭為主的合作。如何衡量子系統之間協同作用的程度?協同學用序參量(或集體運動模式和過程)來衡量。序參量是宏觀量,是由對應的微觀參量的統計平均得到的,即通過概率及其分佈函數計算得到的。例如壓力、密度、熵、能量流、粒子流、表徵場等。序參量是表徵子系統之間長程關連程度的宏觀量,它可以做為衡量和確定子系統協同作用程度的普適性工具。例如,可以用分子的平均距離(即密度)作序參量來標誌氣體和液體的宏觀秩序,來比較兩態中子系統協同作用的程度。傳統的科學認為,不同的學科服從完全不同的原理,但Haken協同學的成功就在於發現了許多性質不同的系統服從同樣的基本原理,即子系統協同作用原理。就是說這些系統中的子系統性質雖然不同,但彼此之間的協同作用的形成與轉化具有相同的規律,這一規律可以用序參量的形成與轉化來精確描述。
(二)、協同作用規律的一般表述:
在系統的整個演化過程中,隨著外界條件的改變,系統內部子系統之間的相關度會不斷改變,從而會使子系統之間相互關連的演化呈現出從非協同到協同、從低級協同到高級協同發展的趨勢來。這表現在三個方面:1. 在外界條件保持一定時,子系統之間的關係保持平衡,平均相關度(在此作為控制參量)保持不變,宏觀上便顯示為一定的穩定有序結構。2. 當外界條件變化時,平均相關度就會變化,當達臨界值時,系統內部就會出現若干不同的集體運動模式,每個模式都對應於若干微觀組態,隨著條件的進一步變化,這些模之間就會展開激烈的競爭,結果是有些模不斷長起來,另一些模則不斷衰亡下去,這些增長起來的模式就成為役使其他模式和所有子系統行為的序參量;新的序參量的出現標誌著子系統之間的平均相關度發生了質變;宏觀上顯示出新的穩定有序結構的產生。這一規律蘊含如下的基本內容:1.子系統之間具有自動保持其平均相關度穩定不變的性質,這是整體結構具有穩定性的根據。2.子系統之間新的協同作用的出現需有如下條件(1)系統具開放性。(2)子系統之間的關係具有非平衡性;(3)子系統之間原有的穩定相關作用與偏離它的漲落相關作用之間存在非線性相互作用,即隨著條件的不斷改變,原有穩定相關作用會加速退居次要地位,而漲落相關作用會加速上升為新穩定的平均相關作用。
所謂穩定相關是指在較穩定的外界條件作用下子系統之間的一種長程相關。其特徵是(1)不隨時間變化、(2)由統計平均得到、(3)在系統中起支配作用、以及(4)具有必然性等。這是系統穩定結構形成的根據。由於這種相關作用出現的概率很大,所以就代表了眾多子系統相關作用的基本性質,因此也就使眾多子系統的相關作用呈現出某種必然發生的性質來。漲落相關是指在不斷變化之外界條件的作用下,子系統之間的一種短程相關。其特徵是(1)隨時間變化、(2)偏離統計平均值、(3)在系統中居於從屬地位、以及(4)具有偶然性。這是系統非穩定結構出現的根據。在外界條件變化的一定限度內,子系統之間的穩定相關程度是有差別的。故而可以把相關度區分為如下幾種情況:1.最穩定相關(宏觀結構具有最穩定性的基礎),2.實際相關(宏觀實際結構存在的基礎),3.穩定相關的存在限度,是實際相關圍繞最穩定相關擺動的範圍。這是結構穩定性在某一範圍內能存在的根據。4.臨界相關,是偏離最穩定相關最遠的實際相關。這是臨界不穩定結構出現的基礎;5.漲落值,是在穩定相關的存在限度內,實際相關偏離最穩定相觀的程度,它是結構變化中廣義位勢函數存在的根據。
子系統之間協同作用的發生和發展就是通過穩定相關與漲落相關間的相互依存與相互制約關係的消長中而逐次展開的。每一次新穩定相關的形成,都是舊的協同作用向新的協同作用的飛躍,都是子系統功能分化和協作的質變,是系統內部所擁有的物質、能量和信息量的增加和更新,從而造成新組織結構的形成。因此,從大的時間尺度看,子系統之間相互關係的演化是從非協同到協同、從簡單協同到複雜協同、從低級協同到高級協同的不斷進化過程。從宏觀結構上看,就是結構不斷從無序到有序、從低級有序到高級有序、穩定性機制從較少到較多的進化過程。
(三)、協同作用的複雜性
協同作用的複雜性表現在如下幾個方面:
條件變化的方向性對協同作用的影響。
協同作用的演化與環境條件的變化有如下的必然聯繫:1.當環境供給系統的物質、能量和信息量等不斷減少時,子系統之間的協同作用會朝著靜態的、短程的穩定相關方向變化,宏觀上顯示為子系統之間的吸引和聚集,即顯示為某種相對靜態的組織結構的形成過程(外在刺激減少的既有概念結構);當條件減少到一定閥值時,原有子系統之間不太確定的動態相關就會質變為新的確定的靜態相關,宏觀上顯示為子系統之間相對靜態的有序結構的形成。2.當環境供給系統的物質、能量和信息量等不斷增加時,子系統之間的協同作用會朝著動態的、長程的穩定相關方向發展。宏觀上顯示為子系統之間的排斥和擴散,即某些動態組織結構的形成過程;當條件增加到一定閥值時,子系統之間原有的較確定的靜態相關就會質變為新的不太確定的動態相關,宏觀上顯示為系統動態結構的形成。
協同作用性質的多樣性.
子系統之間的協同作用有很多種形式,其中以互補性合作和競爭性合作最重要。互補性合作是子系統之間在功能上以互補為主的協同作用。這一般是子系統之間以相互吸引為主的、自發形成相對靜止的有序結構的根據。互補性合作形成的必要條件是子系統之間在功能上存在差別,且彼此之間可以互為補充;其充分條件是具備實現功能互補的中介(例如具有彼此交換物質、能量和信息的渠道和途徑)和自由組合的機會。另外,競爭性合作是子系統之間在功能上以排斥為主的協同作用。這一般是子系統之間以相互排斥為主的、自發形成動態有序結構的基礎。與互補性合作相反,競爭性合作形成的必要條件是,子系統之間在功能上基本相同且彼此之間互為對立面,其充分條件是可以通過某種中介(物質、能量和信息的傳遞渠道)實現自由競爭。Bernard Cells的圖樣,和Laser的出現,都是具有相同功能之子系統間相互競爭所引起的一致行動。
互補性合作和競爭性合作不是對立衝突而是互為補充、相互影響的。競爭關係發展到一定程度會引起同類子系統中新功能的分化,從而可能引起新的互補關係的出現。互補關係發展到一定限度也會導致新的競爭。二者相輔相成,便造成了系統協同作用的進化。
中介演化對協同作用的影響.
中介環節是子系統之間交換物質、能量和信息,使互補性合作和競爭性合作得以形成的渠道和橋樑。中介具有普遍性,物質間存在各種作為中介的交互作用場就是例子。中介一旦形成就成為系統的一個相對獨立的子系統(功能分化),在一般的情況下,它的形成可以促進子系統間協同作用的發展,但有時也會為了整體協調的需要而阻礙子系統間的某些正常協同作用的發展。衡量中介系統的存在是否具有合理性的標準是什麼?1.中介系統存在的最低標準是僅具有傳輸物質、能量和信息的自然功能,對子系統之間的協同作用既不破壞也不促進;(2)中介環節存在的最高標準是具有相對的最優流通渠道的功能和最佳的調節功能。
從總體上說,中介演化具有這樣的總趨勢:同一層次的子系統協同作用發展到一定階段時,就會產生出高一層次的中介子系統;這兩個層次的子系統協同作用發展到一定限度,又會產生出更高一個層次的中介子系統;由此類推,最後就會發展成為相當複雜的,具有嚴密的整體層次結構的中介結構。於是子系統之間的協同作用再也不是簡單的、直接進行的,而是通過多層次中介系統間接發生的。因而宏觀上便顯示為系統結構的複雜化、有序化、組織化的趨勢來。由於每一層次中介的形成都服從最優原則,宏觀上就顯示出系統功能的優化趨勢來。
達爾文算法:
有充分的理由相信物理學中還原過程的終點可能就是認識論的終點。Gellman關於各種世界的模型是基於信息的。他將還原論物理學的基本規律簡單的定律與從這些定律湧現出來的複雜性以及他所謂的凍結的意外(即歷史的偶然時間)聯繫起來。考夫慢指出如果選擇隨時都可以進行,我們如何能建立一種理論將自組織與選擇聯繫起來的理論?(古德溫認為自然選擇應與結構主義聯因)
Gellman指出我們感知到複雜自適應系統(即能夠適應、學習、或者以地球上生物進化的方式進化的系統)的數據流的規律,都被壓縮到模型或者模式中了。那些模式被其他模式改變和取代,因此不同的模式之間產生了競爭。其預測結果的選擇又反過來影響模式間的競爭,這就是學習和適應性產生的原因和方式。我們周圍這個世界的有效複雜性來自於非常簡單的規則和初始的有序性,加上機遇的作用,這種機遇是與非決定性聯繫在一起的。在每一個層次上你都確定了應用在這個層次上的適當規律。即使在原則上這些規律能夠從他下面的層次結合大量的信息推導出來,合理的策略還是在層次之間建立從下到上(可以用機制來解釋)和從上到下(發現重要的經驗規律)的階梯。所有這些思想都屬於我稱之為湧現的學說。建立從上到下和從下到上的階梯,鼓勵從整體來看問題,鼓勵不同學科的合作,鼓勵對同一問題持不同觀點的人的合作。
考夫慢:我們已經發現這樣的事實:在生命的進化中,非常複雜的系統能夠是收斂的而不是發散的。分散的流對於初始條件是敏感的,收斂的流意味著即使是從相隔很遠的不同出發點開始也會聚集到一起。這就是動態平衡的基本原則,或者稱微擾的穩定性,這是許多複雜性系統的本質特徵。進化的複雜系統可能已經學會了在分散和收斂之間尋找平衡,以致他們在渾沌和有序之間達到了平衡。正是那些系統能夠同時完成極為複雜的任務和進化,從這種程度上來說他們能夠積累聯繫的有用變異。我相信適應的真正能力就是一系列進化的本身。你不得不成為某種去適應的複雜系統,你也不得不成為與其他複雜系統共同進化的某種複雜系統。我們必須理解對複雜系統而言如何瞭解對方意味著什麼──就複雜系統共同進化而言,每一個複雜系統都為其他系統設置了成功的條件,使對方處於渾沌的邊緣(兩極間張力的平衡。收斂與發散的平衡),在那裡達成一種平衡狀態。一種共同進化(協同作用)的機制是自組織:例如數十萬個基因彼此間有相互作用(可控制其他基因開或關):何種系統能夠具有彼此控制打開或者關閉的數十萬個基因,而它們還將通過創造新的基因、新的邏輯或者新的連接而進化。如果做為生命基礎的動力系統原本就是渾沌的,那麼從根本上說,為了使細胞和有機體正常工作,必須有許多非同尋常的選擇性使它們表現可靠且有規律。自然選擇能否從沒有任何預先存在的有序中開始進行這一點還不清楚,你不得不需要一定的有序來選擇有利的變異。複雜性系統必須具有什麼特點才能認識它們的世界(遵循某種規律去行動)達爾文將自然選擇表述為一種外部力量。說到自發秩序或者自組織,我指的是一種傾向,即子系統具有展現收斂、集中性而不是分散性,因此它們表現出一種固有的自我平衡,因而也就是這樣一種可能性,即自然選擇能夠塑造系統的結構(自穩態)以便它們在兩種方向上達到平衡──在有序和渾沌之間達到平衡──。如何建立一個將複雜性系統的自組織理論(內因)與自然選擇(外因)結合起來的理論?或許應推廣進化論使之描寫當選擇作用在已經具有強烈自組織特性的系統上發生時的情況。這個理論的主體完全不存在。關於自組織有幾種平行的考慮。從達爾文以來不久就已經相信,有機體中有序性的唯一源泉是選擇性(自然選擇是選擇有序態)。你在有機體中所看到的秩序從其來源看,本質上僅僅是選擇,選擇設法使某些運轉起來。但是如果有自組織的話,那麼你在有機體中看到的秩序中的一部份就不是來自於選擇了。它們來自那些多少有些繼承自積木塊的東西(自組織來自於原有的秩序)。生命的起源可能是自由秩序的另外一個例子。如果你擁有足夠複雜的、能進行觸媒反應的高分子系統它們將自組織成一個自催化系統,而且本質上來說這個系統完全是活的。建立隨機基因或者是部份隨機基因在將它們置入一個有機體中,製造部份隨機的RNA分子,從中製造部份隨機的蛋白質,進而從中學習如何製造藥物或者疫苗。
從某種意義上來說,除非您獲得了數據否則你沒有資格提出理論。而且你也只能就你獲得的數據進行理論工作,至少你需要在獲得對其他數據進行理論建模的權力之前收集數據。自然選擇可能不是自然界中唯一的設計(外因、上帝)(與內因自組織發展)力量(在繼承遺傳的基礎上進行選擇、有序、適應、自適應)。
1根據Haken的定義:「如果系統在獲得空間、時間或/且功能的結構過程中,沒有外界的特定干預,我們就說系統是自組織的。這裡的“特定”一詞是指,那種結構和功能並非是外界強加給系統的,而且外界是以非特定的方式作用於系統的」。例如Laser的功能與行為原子間自發的協同作用的結果,不是外界強加的。