化學教學係統分析
化學教學係統是由化學教師、學生和化學教學媒體等諸要素組成的一種複雜的組合體。這種組合體具有不同於其各個部分(要素)的新質的整體特性。研究化學教學係統的整體特性有助於從各要素的關係中和相互作用中發現係統的規律性。
係統分析的理論基礎
一、係統分析的基本原理
為了把握事物對象各組成要素的整體聯係，揭示客體的結構和層次，需要運用係統方法來考察事物對象。
係統方法是係統地研究和處理有關對象的整體聯係的一般科學方法論，是把係統各個要素綜合起來、聯係起來進行全麵的考察和統籌，以求得係統整體功能的最優化的新的方法論。係統方法包括係統分析、評價和決策等。係統分析是一個難以準確界定的概念，“目前的狀況大概是有多少個係統分析學家就有多少種係統分析的定義”。我們采用這樣的界定：係統分析是運用係統觀點把認識對象的整體分解為各個組成要素，通過具體分析，判別出係統中各要素及其功能，采用定性或定量的方法描述它們之間的關係的一種方法論，或簡明地說，係統分析是在係統方法指導下，對某些具體係統進行數量分析和決策的方法組合。由此可知，係統方法的基本原理，同樣也是係統分析應當遵循的基本原理。
1.整體性原理
這是係統方法的最基本的原理。所謂整體性原理，就是把對象作為各個組成部分構成的有機整體，從研究整體的構成及其發展中發現係統的規律性。整體性原理揭示了係統的一個顯著特點：係統的整體功能不等於它的組成部分孤立狀態時的功能之總和；係統的整體功能可大於、也可等於或小於部分之和。這是由係統內部各要素間的辯證關係決定的。
整體性原理，正是要著眼於係統的整體功能，從係統整體的辯證關係，即整體與部分、部分與部分、係統與環境等的相互聯係及相互作用的方式中，具體分析係統功能的新特點，從而揭示係統整體聯係的統一性和規定性。
整體性原理，是我們研究任何係統(包括複雜的化學教學係統這類人工係統)時應當把握的、進行係統分析的出發點。
2.動態性原理
任何係統都不是靜止的，而是動態的。對於化學教學係統來說，這種動態性表現於人的要素與媒體要素之間、人的要素(教師與學生、學生與學生)之間，以及這些要素與教學環境之間的多向、多層次的交互作用。因此，基於動態性原理，我們不僅要研究各種係統發展變化的方向和趨勢，以及係統運作的速度和方式，而且要研究和探索係統發展變化的動力和規律。可以說，動態的方法不僅要研究係統的現狀，還要預測其發展變化，方能顯示係統過程發展的方向性。
3.有序性原理
這是係統本質屬性的一種反映。係統的各要素之間的相互聯係，以及係統與環境之間的相互作用等，都是有序的；有序性原理正是對係統的有序結合這種本質屬性的表征。我們運用這一原理去探索化學教學係統在教育(教學)目標的引導下，師生之間、師生與教學媒體之間構成的穩定的聯係，及這種聯係的有序性，對於提高化學教學質量具有重要意義。
二、係統分析的基本方法
在進行係統分析時，要注意從對象(係統)的要素、結構功能、發展過程進行多方麵的分析，因此包括層次分析、結構分析、功能分析、要素分析和曆史分析方法等。
1.係統模擬方法
用係統模型代替真實係統進行模擬(模仿)實驗的方法。這種方法是把研究對象作為整體，設計出係統模型來代替真實係統，通過對係統模型的研究來掌握真實係統的本質和規律。
係統模擬方法的實施步驟，一般是先從整體出發進行係統綜合，形成可能的係統方案；再進行係統分析，分析係統的各要素及其相互關係，建立模型；然後，進行係統選擇(最優化)，重新綜合成整體。
係統模擬方法使係統方法不僅能進行定性研究，而且能進行定量研究。從模擬的側重方麵的不同，係統模擬方法又可以劃分為：物理模擬、數學模擬、結構模擬、功能模擬等。
物理模擬是以物理過程相似或生理過程、病理過程相似為基礎的模擬，如水電站、火箭設計及用動物做病理模型實驗等。
數學模擬如理想氣體狀態方程對氣體狀態的模擬，是以模型與客觀事物(原型)之間數學方程式上的相似為基礎的模擬。
結構模擬如仿生學研究中電子鼻、電子蛙眼的研製就是建立在模型與原型結構相似的基礎上的模擬。
功能模擬中最突出的實例是人工智能(人腦智能)的模擬，這是以功能和行為相似為基礎的、用模型去模仿原型的功能和行為的方法。
2.黑箱方法
所謂“黑箱”(Blackbox)是指係統的內部構造和機理還不清楚，但可以通過外部觀測和試驗去認識它的功能和特性。黑箱方法就是不打開黑箱，而通過外部觀測和試驗，利用模型進行係統分析，通過信息的輸入和輸出來研究係統的功能和特性，探索其構造和機理的一種科學方法。著名的盧瑟福а散射實驗，其實質是黑箱方法在原子結構理論研究中的運用；我國的中醫診病，通過看、聞、問、切等外部觀測來取得症狀變量係統，基本上不幹擾人體本身的生理病理活動。黑箱方法“從綜合的角度為人們提供了一條認識事物的重要途徑。尤其對某些內部結構比較複雜的係統，對至今為止人們的力量尚不能分解的係統，對在分解係統的過程中會嚴重幹擾本身結構的係統，黑箱理論提供的研究方法是特別有效的”。
3.最優化方法
係統中的最優化是指從係統的多種可能的途徑中選擇最佳方案，使係統處於最佳狀態，並取得最佳效果。前蘇聯教育學家巴班斯基教學過程最優化的理論，是運用最優化方法研究教學係統的一個範例。
通過以上簡略的討論，可以得出幾點方法論的原則。在對研究對象進行係統分析時，首先應把握整體最優原則，即必須從整體性原理出發，協調整體與要素(部分)的關係，務必使局部效應服從整體效應，以確保係統整體效應最優。其次，要實施多級優化原則，即把優化思想貫徹到係統分析的全過程，這是實現整體優化的重要保證。第三，應掌握相對優化原則，即隻能從獲取功能效果最好這一結果著眼，選擇一個比較合理的方案。正如巴班斯基所指出的：“最優化的方法論認為，在研究教學論的一切基本範疇(教學的規律、原則、形式、方法和型式)時應探討它們之間比較重要的本質聯係。”“將最優化思想貫徹到教師活動的一切領域中去，這可能成為在進一步加強教育學的辯證性的道路上跨出的有益的一步。”
化學教學係統的構成要素
化學教學係統是由多種要素構成的複雜組合。從主客體關係來劃分，主要構成要素是化學教師、學生與教學媒體；從時間流程的維度來劃分，主要構成要素是化學教學目的、化學教學內容、化學教學方式與化學教學結果。
一、化學教師與學生
化學教師和學生均為化學教學係統中的人員要素，是控製和製約化學教學係統運行的主導因素。
眾所周知，化學教學作為一種教學認識活動，離開化學教師的教授與學生的學習，這種具有學科特征的、師生雙方共同參與的交互作用將不複存在。從這個意義上講，對於化學教學係統而言，化學教師與學生在使這種教學認識係統具有特定的結構與能動、主動的功能，形成新質的整體特性起著決定性的作用。可以說，自從化學專家在學校中對學生進行教授工作開始，不論現代化學教學媒體的有無，化學教學係統就基於化學教師(化學專家或化學教育專家)和學生的相互聯係、相互作用，係統質的顯現乃得以保證。
任何事物都可以看成是係統與要素辯證統一的整體。事物的質可以分為自然質、功能質和係統質。化學教學係統，從其自然構成來看，主要是化學教師、學生與化學教學媒體等要素；處於這一係統中，諸要素相互聯係、相互作用達到有序結合而表現出來的認識功能，表征了這一係統不同於人類一般認識過程的特殊功能；從化學教學係統內部結構來考察其特性、特征，方有可能從係統質去把握係統本身的運行規律。國內化學教學論著作已對化學教學係統的運行機製作過論述，並給出過化學教師與學生、師生與化學信息之間的關係圖。如果僅以化學概念教學為例，可以借助右圖來進行討論。