一、引言 六十年代末期，比利时物理学家普里高津在非线性非平衡态热力学研究的基础上，创立了耗散结构理论。随后，德国物理学家哈肯又建立了协同学。这两种理论，都是研究系统内诸多子系统自发合作运动导致系统宏观有序现象的，前者侧重于热力学分析，后者则偏重于统计原理应用。它们是当今物理学的自组织有序演化原理。这一原理具有很强的普适性，它不但适用于物理、化学、生物学过程和各种工程技术领域（例如油藏描述），而且还被广泛用来研究人类社会中各种自组织现象，是现代系统科学理论的重要组成部分。 学校的教学活动，是一种它组织过程，因为教学计划的制订和实施，都是在人工干预下完成的。然而，学生个人的学习，则是其大脑思维系统的自组织过程。学生获得的知识，是其思维系统自组织的结果。一个人的知识显然不可能在他人干预下便可直接得到的。从这个意义上说，学生是教学过程中的“主体”。诚然，在系统演化过程中，它组织与自组织之间不存在绝对的界限，二者有着合作关系。 本文主要应用自组织有序演化原理，尝试性地分析学生学习过程中其思维系统的自组织有序演化规律。试图从现代系统理论，探讨处于教学活动“主体”地位的学生的认知机理，这对于改进教学方法，提高教学质量，是有积极意义的。 为便于读者阅读和叙述的方便，下面先简要介绍耗散结构理论和协同学的自组织有序演化原理。 二、自组织有序演化原理 1.自组织有序演化概念 设系统由大量分子组成。各个分子的运动状态，是由分子独立的热运动和分子间关联运动共同决定的。当关联运动能量小于独立运动能量时，独立运动居主导地位，系统就处于混乱的无序的状态；当关联运动能量大于独立运动时，独立运动会受到很大约束，它要服从由关联形成的协同运动，于是系统就显示出有序的特征。这就是说，分子间相互作用（关联）会使大量分子自发地以一种很有组织的方式协同行动，克服自身的混乱状态，使系统产生宏观的有序结构。这就是从无序到有序的自组织有序演化现象。自然界还存在从一种有序结构转变为另一种有序结构的自组织有序演化过程。物理学中激光的形成，生物有机体的发育成长和物种进化，乃至市场经济的发展，都是自组织有序演化现象。值得指出的是，这些系统（激光、生物有机体和市场）都是非平衡的有序系统，都是与外界有物质、能量和信息交换的开放系统。以激光为例。激光物质中子系统是受激原子。众多的受激原子是同步发光的（协同行动）。它们所发射的光，不仅频率相同，而且相位、偏振状态和传播方向也完全一致，是一种高度有序的自组织现象。普通光源中各受激原子则是彼此独立地发光，其相位、偏振状态和传播方向都是无规则的，是一种无序现象。激光的形成，有赖于外界泵浦输入足够的能量。只有当原子数随能级分布反转并满足阈值条件时才有激光出现。可见激光系统是一种开放的不平衡的有序结构。下面再介绍自组织有序演化过程所遵守的规律，即自组织有序演化机理。 2.自组织有序演化机理 (1)自组织有序演化的条件和推动力：一个开放系统，当它所受外界作用足够强时，会运离原有的平衡态，进入非线性非平衡区而到达某种临界状态。这里临界状态是指子系统的独立运动与关联运动处于均势的状态。此时，系统原有状态虽已严重失稳，但系统仍保持在原状态。必须有某种推动力作用，才能使系统过渡到新态。提供这种初始推动力的，是系统内的起伏涨落或外界的扰动。这正如电子技术中双稳态电路的翻转需要外来触发脉冲一样。总之，系统的开放性和不平衡性是有序演化的必要条件，涨落或外界扰动是实现有序演化的推动力。 （2）序参量的出现及其非线性正反馈放大：在临界点上，系统的发展方向可有多种选择，即可能出现的新态不止一个，而有多个。因此，临界点也称作分叉点。在分叉点，每个分支代表系统一种新结构的“胚芽”，各种“胚芽”的特性是不相同的。由于某种“胚芽”能适应系统的动力学性质（或边界条件），因而具有存在的合理性，它会在多种“胚芽”的相互竞争中显示出优势，而其它“胚芽”则很快消亡。于是，表示这种占优势“胚芽”结构的参量会在系统整体特性上以所谓“序参量”（表示系统有序性的量）的形式显示出来，并获得其它子系统的响应而波及全系统。形象地说，子系统会以自发合作的方式追随着“序参量”，使“序参量”以非线性正反馈方式增长（称作“自催化”现象），最后“序参量”达到稳定值，系统也就过渡到新的状态。这种新状态是从幼小的“胚芽”（指起初只有少数子系统最先过渡到这种状态的情形）成长起来的，其成长过程是子系统间自发地相互合作、协同行动的自组织过程。例如在激光形成过程中，传播方向与光学谐振腔轴线方向一致的初始光子，就是占优势的一种“胚芽”（它满足谐振腔的边界条件），其数目迅速地增大，最后成为输出的激光。而沿其它方向传播的光子，则自生自灭。对于激光系统，序参量是电场强度（其方向与谐振腔轴线垂直） （3）耗散结构：自组织起来的新结构，比原来的结构更加有序，但也需要消耗更多的能量才能维持，因而称之为耗散结构。耗散结构是开放系统的一种不平衡的具有一定功能的有序结构。 三、学生思维系统的自组织有序演化机制 1.人的认知结构，是一种耗散结构 人可看作是一种广义的开放系统。人不但与外界有物质和能量的交换，而且有信息交流，如果没有信息交流就变为“植物人”而不是通常意义下的人。人的思维是人脑独立的有意识活动。人的认知结构可以看作是一种耗散结构，因为人对客观事物的认识，是从知之不多到知之较多，再到知之甚多的不断深化的过程，这种过程可以看作是人脑思维系统的自组织有序演化过程。知之不多，就是人脑知识结构的无序性（不确定性）程度较高，对客观事物的反映缺乏规律性：知之较多，表示有序性（确定性）程度较高，对客观事物的反映较有规律性；知之甚多，则是达到高度有序化程度。人脑中形成的“看法”、“思想”和“观念”等等，就是表示人的认知结构有序化程度的“序参量”。通过人脑细胞（子系统）的自组织过程，人脑知识结构有序化程度得以提高，思维得以发展，永远不会停止在一个水平上。这些情况表明，人的认知结构是一种需要消耗能量才能维持的、具有一定功能的不平衡的有序结构，即耗散结构。
