复杂科学思想在高中地理课程中的渗透(星韵地理版)

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1、复杂科学思想在高中地理课程中的渗透江苏省前黄高级中学陈国祥2013年8月2日溧阳主要内容一、什么是复杂科学思想二、复杂科学思想对地理科学的影响三、复杂科学思想在高中地理课程中的参透一、什么是复杂科学思想复杂科学思想的出现从20世纪40年代开始的，从数学、物理学、化学、生物学、地理学、天文学、社会学等不同领域先后涌现出来，有超过20位的诺贝尔物理学奖、化学奖、生物学奖、经济学奖的获得者，他们以系统，确切地讲是复杂系统为共同的研究对象，从不同的角度揭示了自然、人类和社会等各个领域中系统联系与系统发展

2、的规律。复杂科学理论无疑是21世纪中期以来，科学研究领域中最为亮丽的一道风景线。复杂性科学系统科学非线性科学老三论新三论三部分的比较系统科学系统的整体性、组织性、目的性研究非线性科学系统的非线性、不确定性、随机性研究复杂性科学系统的“复杂性”、智能性和适应性研究针对机械论——还原论的思想主要具有以下的特点：主客观二元论（笛卡尔）绝对的时空观无限分割，接近本质因果关系的客观实在性值得注意的是，当前我们许多人虽然关注生命、有机、复杂等学说，但我们时常还是会犯机械——还原论的错误。1、系统科学系统科学

3、是20世纪40年代开始兴起的一门以系统为研究对象的基础理论和应用开发的学科组成的学科群。系统科学在自然科学、工程技术和社会科学领域得到广泛应用。包括老三论和新三论。老三论（SCI，20世纪40年代）系统论（1945年，贝塔朗菲创立一般系统论，确立适用于系统的一般性原则）控制论（1948年，维纳，不同系统中信息控制和反馈方法的，以实现系统整体功能最优化）信息论（1948年，香农，不同系统中信息传递以及控制，建立一般通信过程的系统）贝塔朗菲的一般系统论通常把系统定义为：由若干要素以一定结构形式联结构

4、成的具有某种功能的有机整体。包括了系统、要素、结构、功能四个概念，具有整体性、关联性、层次性、统一性的特点。表明了要素与要素、要素与系统、系统与环境三方面的关系。作为一种有机体论思想，一般系统论是对17世纪以来，以牛顿力学为代表的机械论——还原论思想的全面否定。新三论（DSC，20世纪70年代）耗散结构理论协同说（自组织理论）突变论普里高津和耗散结构理论普里高津（1917——2003年），比利时化学家，1977年诺贝尔化学奖获得者，耗散结构理论奠基人。耗散结构理论系统从无序状态过渡到耗散结构有几

5、个必要条件：一是系统必须是开放的，即系统必须与外界进行物质、能量的交换；二是系统必须是远离平衡状态的，系统中物质、能量流和热力学力的关系处于不平衡状态；三是系统内部不同元素之间存在着非线性相互作用，并且需要不断输入能量来维持。系统由于需要不断与外界交换物质或能量才能维持，因此称之为“耗散结构”。开放的远离平衡状态非线性耗散结构被遗忘的角落人教版必修一P23页三个特点：地理学家认为：人类生活的地球表层是岩石圈、大气圈、生物圈、水圈等共同作用的层面。它具有三个特点：第一，它与宇宙空间和地球内部始终保

6、持着物质和能量联系；第二，它是一个不均一的层面，存在明显的地域分异；第三，它在不断地变化着。协同论（自组织理论）20世纪70年代联邦德国著名理论物理学家赫尔曼·哈肯在1973年创立。主要研究远离平衡态的开放系统在与外界有物质或能量交换的情况下，如何通过自己内部协同作用，自发地出现时间、空间和功能上的有序结构。提出了序参量、临界点、涨落、自组织等概念。突变论法国数学家托姆在1972年创立的。在拓扑学、奇点理论和稳定性数学理论基础之上，通过描述系统在临界点的状态，来研究自然多种形态、结构和社会经济活

7、动的非连续性突然变化现象。它突破了牛顿单质点的简单性思维，蕴含着渐变与突变的辩证关系；体现了确定性与随机性（不确定性）的内在联系。老三论新三论内容控制论、信息论、系统论协同论、耗散结构论、突变论学科基础古典经典力学和平衡态热力学非线性理论范畴，稳定性数学理论研究对象系统的相干性，组织性及功能开放系统的演化研究目的着眼于整体的功能，使整体与部分有机协调，最终达到最优化的目标试图找到一个在系统自发形成过程中起支配作用的原理二者关系老三论是新三论的基础，新三论是老三论的发展，它们互相衔接、又相互依赖。

8、2、非线性科学在大气科学和流体力学的研究中，人们发现并研究各类不同系统由于非线性而导致的共性，形成了非线性科学。在实际中，几乎没有纯粹的线性，线性只是数学概念上的抽象和迁似。所以，几乎所有现象都是非线性的。在狭义上讲，非线性科学主要包括混沌、分形和孤立子三个理论体系。混沌动力学——蝴蝶效应1972年12月29日，美国麻省理工学院教授、混沌学开创人之一E.N.洛伦兹在美国科学发展学会第139次会议上发表了题为《蝴蝶效应》的论文，提出一个貌似荒谬的论断：在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打能在美国得克萨斯州产生