系統(tǒng)科學(xué)是在第二次世界大戰(zhàn)前后興起的。它是以系統(tǒng)及其機(jī)理為對象，研究系統(tǒng)的類型、一般性質(zhì)和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的科學(xué)，包括系統(tǒng)論、信息論、控制論等基礎(chǔ)理論，系統(tǒng)工程等應(yīng)用學(xué)科以及近年來發(fā)展起來的自組織理論。它具有橫斷科學(xué)的性質(zhì)，與以往的結(jié)構(gòu)科學(xué)（以研究“事物”為中心）、演化科學(xué)（以研究“過程”為中心）不同。它涉及許多學(xué)科研究對象中某些共同的方面。系統(tǒng)論、信息論、控制論就是把不同對象的共同方面，如系統(tǒng)、組織、信息、控制、調(diào)節(jié)、反饋等性質(zhì)和機(jī)理抽取出來，用統(tǒng)一的、精確的科學(xué)概念和方法來描述，并力求用現(xiàn)代的數(shù)學(xué)工具來處理。所以，系統(tǒng)科學(xué)是現(xiàn)代科學(xué)向系統(tǒng)的多樣化、復(fù)雜化發(fā)展的必然產(chǎn)物。它在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和哲學(xué)、社會(huì)科學(xué)的發(fā)展中具有十分重要的意義，為人們認(rèn)識(shí)世界和改造世界提供了富有成效的、現(xiàn)代化的“新工具”。

一、系統(tǒng)論、信息論、控制論的產(chǎn)生

在人類思想史上，早已有關(guān)于系統(tǒng)的觀念。古希臘思想家已提出“秩序”、“組織”、“整體”、“部分”等概念來認(rèn)識(shí)世界。中國古代陰陽五行學(xué)說把事物看成相生相克的整體。但作為研究各種系統(tǒng)一般原則的系統(tǒng)論則是于本世紀(jì)20～30年代，由美籍奧地利生物學(xué)家貝塔朗菲提出的。貝塔朗菲和一些科學(xué)家在20年代中期提出了機(jī)體論，創(chuàng)立了機(jī)體系統(tǒng)論的生物學(xué)研究方法，把協(xié)調(diào)、秩序和目的性等概念和數(shù)學(xué)模型應(yīng)用于有機(jī)體的研究，主張把有機(jī)體作為一個(gè)整體或系統(tǒng)，用生物與環(huán)境相互關(guān)系的觀點(diǎn)來說明生命現(xiàn)象的本質(zhì)，從而解釋以往機(jī)械論所無法解釋的生命現(xiàn)象。貝塔朗菲機(jī)體論的基本思想是：（1）整體觀點(diǎn)；（2）動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)與能動(dòng)觀點(diǎn)；（3）組織等級(jí)性觀點(diǎn)。這些基本思想已包含了貝塔朗菲后來提出的一般系統(tǒng)論的基本內(nèi)容。他先后發(fā)表了《理論生物》、《現(xiàn)代發(fā)展理論》、《關(guān)于一般系統(tǒng)論》等著作，對系統(tǒng)概念、整體性、集中性、終極性以及封閉系統(tǒng)、開放系統(tǒng)等都作了深刻論述，從而奠定了現(xiàn)代系統(tǒng)論的基礎(chǔ)。

信息論是本世紀(jì)40年代在現(xiàn)代通信技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上誕生的，是研究信息的獲取、儲(chǔ)存、傳遞、計(jì)量、處理和利用等問題的一門新興學(xué)科。上世紀(jì)30年代以后，科學(xué)技術(shù)所發(fā)生的革命性變化，主要表現(xiàn)在信息方面，表現(xiàn)在信息的傳遞、存儲(chǔ)、加工處理等技術(shù)和通信、控制技術(shù)以及人工智能的發(fā)展，其實(shí)質(zhì)是人的思維器官的伸展，使人的腦力勞動(dòng)的解放。

1924年美國奈奎斯特和德國居普夫、繆勒等人發(fā)現(xiàn)電信號(hào)的傳輸速率與信道帶寬度成比例關(guān)系，從而最早提出了信息問題。1928年，哈特萊發(fā)表《信息傳輸》，首先提出信息是包含在消息中的信息量，而代碼、符號(hào)這類消息是信息的具體方式。他還提出了信息定量問題，認(rèn)為可以用消息出現(xiàn)概率的對數(shù)來度量其中所包含的信息。另一方面，作為信息論數(shù)學(xué)基礎(chǔ)的概率論也得到飛速發(fā)展。在這種條件下，許多科學(xué)家從不同角度對信息論的基本理論進(jìn)行了研究。1948年香農(nóng)發(fā)表《通訊的數(shù)學(xué)理論》，把物理學(xué)中的數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)方法用于通訊領(lǐng)域，提出了作為負(fù)熵的信息公式和信息量概念，給出了信息的定義，為現(xiàn)代信息理論奠定了基礎(chǔ)。從此，信息論作為一門獨(dú)立學(xué)科而出現(xiàn)。隨著信息論滲透到心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、生物學(xué)和語言學(xué)等領(lǐng)域，信息論的含義越來越廣泛。50多年來，信息論與系統(tǒng)論、控制論交織在一起獲得迅速發(fā)展，形成一種綜合性的信息科學(xué)。

控制論也是上世紀(jì)40年代末在通訊技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生的。美國數(shù)學(xué)家維納被認(rèn)為是現(xiàn)代控制論和信息科學(xué)的創(chuàng)立者。第二次世界大戰(zhàn)期間，維納將數(shù)學(xué)工具應(yīng)用于火炮控制系統(tǒng)，處理飛行軌跡的時(shí)間序列，提出了一套預(yù)測飛機(jī)將要飛到的位置，使火炮準(zhǔn)確擊中的最優(yōu)辦法。而火炮控制系統(tǒng)中一個(gè)重要問題就是如何將控制裝置的誤差反饋回來作為修正下一步控制的依據(jù)。維納從生理學(xué)家羅森勃呂特那里了解到人的神經(jīng)系統(tǒng)與火炮控制系統(tǒng)有相似之處，都有反饋不足和過度的問題，本質(zhì)上是對信息的一種處理。于是開始找到了人、動(dòng)物與機(jī)器在控制、通訊方面的共同點(diǎn)。維納與羅森勃呂特合作發(fā)表《行為、目的和目的論》一文，論證了目的性就是負(fù)反饋活動(dòng)。1948年，維納所著的《控制論》一書出版，它標(biāo)志著控制論的正式建立。1950年，維納發(fā)表《人有人的用處——控制論與社會(huì)》一書，對控制論作了更廣泛通俗的闡述。與信息科學(xué)的發(fā)展緊密聯(lián)系，控制論的基本概念和方法被應(yīng)用于各個(gè)具體科學(xué)領(lǐng)域，研究對象從人和機(jī)器擴(kuò)展到環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)、軍事、經(jīng)濟(jì)等許多部門，使控制論向應(yīng)用科學(xué)方面迅速發(fā)展。

二、系統(tǒng)科學(xué)的新進(jìn)展

20世紀(jì)50年代以后，出現(xiàn)了一股研究現(xiàn)代系統(tǒng)理論的熱潮，陸續(xù)出現(xiàn)了各種新的系統(tǒng)理論，如：普利高津的耗散結(jié)構(gòu)理論、哈肯的協(xié)同學(xué)、費(fèi)根鮑姆等的混沌理論。

耗散結(jié)構(gòu)理論是比利時(shí)理論生物學(xué)家普利高津首次提出來的。德國物理學(xué)家克勞修斯提出的熱力學(xué)第二定律，無法解釋系統(tǒng)從無序到有序、從簡單到復(fù)雜、從低級(jí)到高級(jí)的進(jìn)化過程，這引起了普利高津的興趣。1969年，他終于發(fā)現(xiàn)：一個(gè)開放系統(tǒng)在從平衡態(tài)到近平衡態(tài)再到遠(yuǎn)離平衡態(tài)的非線性區(qū)時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)某個(gè)參量的變化達(dá)到一定閾值，通過漲落，系統(tǒng)就可能發(fā)生突變，由原來的無序狀態(tài)變?yōu)樵跁r(shí)間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)，形成一種動(dòng)態(tài)穩(wěn)定的有序結(jié)構(gòu)。這種新的有序狀態(tài)必須不斷地與外界進(jìn)行物質(zhì)、能量和信息的交換，才能維持一定的穩(wěn)定性，而且不因外界微小的擾動(dòng)而被破壞，因而稱為耗散結(jié)構(gòu)。這種耗散結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生自組織現(xiàn)象，所以耗散結(jié)構(gòu)理論也叫“非平衡系統(tǒng)的自組織理論”。它解決了開放系統(tǒng)如何從無序轉(zhuǎn)化為有序的問題，對于處理可逆與不可逆、有序與無序、平衡與非平衡、整體與局部、決定論與隨機(jī)性等關(guān)系提出了良好的思考方法，從而把一般系統(tǒng)論向前推進(jìn)了一大步。

協(xié)同學(xué)是由德國物理學(xué)家H·哈肯于1970年創(chuàng)立的。它以信息論、控制論、突變論等為基礎(chǔ)，采用統(tǒng)計(jì)學(xué)和動(dòng)力學(xué)考察相結(jié)合的方法，通過類比，對各類系統(tǒng)中從無序到有序的現(xiàn)象建立一整套數(shù)學(xué)模型和處理方案。它是耗散結(jié)構(gòu)理論的突破與推廣，也是一門關(guān)于自組織的理論。它進(jìn)一步指出了一個(gè)系統(tǒng)從無序向有序轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵并不在于熱力學(xué)平衡還是不平衡，也不在于離平衡態(tài)有多遠(yuǎn)，而在于只要是一個(gè)由大量子系統(tǒng)構(gòu)成的開放系統(tǒng)。耗散結(jié)構(gòu)理論只討論了遠(yuǎn)離平衡態(tài)系統(tǒng)從無序向有序的轉(zhuǎn)化，而協(xié)同學(xué)除了分析系統(tǒng)的“協(xié)同作用”外，進(jìn)一步解決了近平衡態(tài)系統(tǒng)從無序向有序的轉(zhuǎn)化。協(xié)同學(xué)開始只限于研究一個(gè)非平衡開放系統(tǒng)在時(shí)間和空間方面的有序問題，哈肯在《協(xié)同學(xué)：最新趨勢與發(fā)展》一文中將協(xié)同學(xué)的內(nèi)容擴(kuò)展到功能有序。哈肯注意到混沌現(xiàn)象的重要性，認(rèn)為一個(gè)非平衡的開放系統(tǒng)不僅可以從無序到有序，而且也可以從有序到混沌（指由決定性方程所描述的不規(guī)則運(yùn)動(dòng)）。這一發(fā)現(xiàn)使協(xié)同學(xué)進(jìn)入到一個(gè)新階段。1981年，哈肯在《20世紀(jì)80年代的物理思想》一文指出，在宇宙中也呈現(xiàn)有序結(jié)構(gòu)。這些說明，無論是在宏觀領(lǐng)域還是在微觀領(lǐng)域，只要是開放系統(tǒng)，就可以在一定條件下呈現(xiàn)出非平衡的有序結(jié)構(gòu)，都可以成為協(xié)同學(xué)的研究內(nèi)容。

耗散結(jié)構(gòu)理論和協(xié)同學(xué)在創(chuàng)立初期，著重研究系統(tǒng)是如何從混沌到有序的發(fā)展，并找到了一些系統(tǒng)從混沌到有序發(fā)展的機(jī)制和條件。80年代以來，人們在探索“熱混沌”與“非平衡混沌”的聯(lián)系和區(qū)別之后，著重研究系統(tǒng)怎樣從有序進(jìn)入新混沌，以及混沌的性質(zhì)和特點(diǎn)等問題?；煦缋碚搹目茖W(xué)上進(jìn)一步說明了自然界有序和無序的辯證統(tǒng)一、確定性和隨機(jī)性的辯證統(tǒng)一。

三、系統(tǒng)科學(xué)與教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)系

⒈ 教學(xué)設(shè)計(jì)是系統(tǒng)科學(xué)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

教學(xué)設(shè)計(jì)是涉及到人的因素的活動(dòng)，教學(xué)設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是改變?nèi)?，教學(xué)設(shè)計(jì)中最重要的因素是人。而人是最復(fù)雜的系統(tǒng)，至今關(guān)于人的研究還在探索中，這些造成了教學(xué)設(shè)計(jì)對人際交流的教學(xué)過程研究的復(fù)雜性。作為教學(xué)設(shè)計(jì)的理論基礎(chǔ)，心理科學(xué)和教學(xué)科學(xué)研究成果眾多，如何把這些原理協(xié)調(diào)起來，整合到一起，成為人們研究的領(lǐng)域。

系統(tǒng)科學(xué)認(rèn)為系統(tǒng)即由相互作用和相互依賴的若干組成部分結(jié)合成具有特定功能的有機(jī)整體。世界上一切事物、現(xiàn)象和過程都是有機(jī)整體，它們自成系統(tǒng)、互為系統(tǒng)。任何一個(gè)系統(tǒng)和周圍的環(huán)境組成一個(gè)較大的系統(tǒng)，而它的各個(gè)組成部分都可以看作其子系統(tǒng)。系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生之后就為帶有復(fù)雜性的研究提供了科學(xué)依據(jù)。

20世紀(jì)50至60年代期間，系統(tǒng)科學(xué)方法在美國軍事、工業(yè)、商業(yè)、空間技術(shù)等領(lǐng)域得到空前成功的應(yīng)用。在這些成功應(yīng)用實(shí)例的推動(dòng)下，系統(tǒng)方法也在教育界受到重視，60年代末期開始教育技術(shù)研究者致力于系統(tǒng)方法應(yīng)用于教學(xué)實(shí)際的研究，形成教學(xué)系統(tǒng)方法，并應(yīng)用于各級(jí)層次的教學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)之中，建立起教學(xué)設(shè)計(jì)的理論與方法。

教學(xué)設(shè)計(jì)首先是把教育、教學(xué)本身作為整體系統(tǒng)來考察。以這種系統(tǒng)思想作指導(dǎo)，我們把為達(dá)到一定的教育、教學(xué)目的，體現(xiàn)一定的教育、教學(xué)功能的各種教育、教學(xué)組織形式看成教育系統(tǒng)或教學(xué)系統(tǒng)。如學(xué)校是一個(gè)教育系統(tǒng)，是社會(huì)系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)。社會(huì)向?qū)W校教育提出人才的要求，提供教育資源(如教職員、教材、設(shè)備、設(shè)施等)等，而學(xué)校系統(tǒng)則通過各類教育工作把學(xué)生培養(yǎng)成社會(huì)需要的人才。學(xué)校系統(tǒng)是通過反饋信息來進(jìn)行調(diào)整，以保持在社會(huì)系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定。教學(xué)系統(tǒng)是教育系統(tǒng)的子系統(tǒng)，它可以是指學(xué)校的全部教學(xué)工作，也可以是一門課程，一個(gè)單元或一節(jié)課的教學(xué)；當(dāng)然也可指為達(dá)到教學(xué)目的、目標(biāo)而組織的機(jī)構(gòu)和方法、作為一種執(zhí)行控制的教學(xué)信息傳遞過程，教學(xué)系統(tǒng)包含了教師、學(xué)生(均為人員要素)、課程(教學(xué)信息要素)和教學(xué)條件(物質(zhì)要素)四個(gè)最基本的要素，組成系統(tǒng)的空間結(jié)構(gòu)；而教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法、教學(xué)媒體、教學(xué)組織形式和學(xué)習(xí)結(jié)果等過程性要素形成系統(tǒng)的時(shí)間結(jié)構(gòu)。這些要素之間相互作用、相互依賴、相互制約又構(gòu)成系統(tǒng)輸入和輸出之間復(fù)雜的運(yùn)行過程，也就是我們常說的教學(xué)過程。教學(xué)系統(tǒng)的功能就是教學(xué)過程運(yùn)行的結(jié)果。

面對包含各種要素的復(fù)雜教學(xué)系統(tǒng)，該如何綜合考察、協(xié)調(diào)和控制各個(gè)要素，以保證系統(tǒng)的順利運(yùn)行和完成系統(tǒng)功能呢？其有效的方法就是要掌握系統(tǒng)方法。系統(tǒng)方法就是運(yùn)用系統(tǒng)理論的觀點(diǎn)、方法，研究和處理各種系統(tǒng)問題而形成的方法，即按照事物本身的系統(tǒng)性把對象放在系統(tǒng)的形式加以考察的方法。它側(cè)重于系統(tǒng)的整體性分析，從組成系統(tǒng)的各要素之間的關(guān)系和相互作用中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的規(guī)律，從而提供解決復(fù)雜系統(tǒng)問題的一般步驟、程序和方法。系統(tǒng)分析技術(shù)、解決問題方案的優(yōu)化選擇技術(shù)、問題解決策略優(yōu)化技術(shù)以及評價(jià)調(diào)控技術(shù)等于技術(shù)構(gòu)成了系統(tǒng)方法的方法體系和結(jié)構(gòu)。

系統(tǒng)科學(xué)指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：

教學(xué)設(shè)計(jì)把教學(xué)系統(tǒng)作為一個(gè)整體來進(jìn)行設(shè)計(jì)、實(shí)施和評價(jià)，使之成為具有最優(yōu)功能的教學(xué)系統(tǒng)。在系統(tǒng)科學(xué)指導(dǎo)下的教學(xué)設(shè)計(jì)以學(xué)習(xí)需要為開始，在確定學(xué)習(xí)需要之后，在對學(xué)習(xí)者和學(xué)習(xí)內(nèi)容以及各種教學(xué)策略進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過系統(tǒng)的策略優(yōu)化技術(shù)確定教學(xué)策略，實(shí)施教學(xué)策略，在實(shí)施的過程中進(jìn)行形成性評價(jià)和實(shí)施后的總結(jié)性評價(jià)，力圖使通過教學(xué)設(shè)計(jì)后的教學(xué)系統(tǒng)滿足學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)需要，促進(jìn)學(xué)習(xí)者的發(fā)展。

在教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)施過程中，各種分析技術(shù)是教學(xué)設(shè)計(jì)成功的保證。教學(xué)設(shè)計(jì)在系統(tǒng)科學(xué)的指導(dǎo)下，把構(gòu)成教學(xué)系統(tǒng)的元素分成整個(gè)教學(xué)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，通過這些子系統(tǒng)的分析、研究，獲得教學(xué)設(shè)計(jì)成功的條件。這些對子系統(tǒng)的分析，通過系統(tǒng)科學(xué)的方法整合在一起，獲得1+1>2的效果。

教學(xué)設(shè)計(jì)綜合教學(xué)系統(tǒng)的各個(gè)要素，在教學(xué)設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)之上，把運(yùn)用系統(tǒng)方法的設(shè)計(jì)過程加以模式化、提供一種實(shí)施教學(xué)系統(tǒng)方法的具體可操作的程序與技術(shù)。經(jīng)過人們的實(shí)踐研究，系統(tǒng)科學(xué)在教學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用獲得成功，目前，幾乎所有的教學(xué)設(shè)計(jì)模式都是采用系統(tǒng)科學(xué)方法構(gòu)建，并且把教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)看成同義詞。

⒉ 系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展帶動(dòng)了教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展

系統(tǒng)科學(xué)的發(fā)展給教學(xué)設(shè)計(jì)帶來了新的發(fā)展空間。系統(tǒng)科學(xué)作為一個(gè)科學(xué)體系，它的完善和發(fā)展直接帶動(dòng)了教學(xué)設(shè)計(jì)的完善和發(fā)展。

在系統(tǒng)科學(xué)產(chǎn)生初期，系統(tǒng)論、信息論、控制論是系統(tǒng)科學(xué)的主流，在這種情況下，教學(xué)設(shè)計(jì)大量的借用了這三種理論，在形成的教學(xué)設(shè)計(jì)模式中，關(guān)注各種信息（學(xué)習(xí)者的信息、學(xué)習(xí)需要的信息、教學(xué)信息等）的流程，以及教學(xué)的控制功能，強(qiáng)調(diào)線性流程，強(qiáng)調(diào)外部控制作用。

作為系統(tǒng)科學(xué)的新發(fā)展的耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)、混沌理論給教學(xué)設(shè)計(jì)的發(fā)展帶來新的發(fā)展空間。新的系統(tǒng)理論，強(qiáng)調(diào)了非線性、強(qiáng)調(diào)了不可預(yù)測性，這樣的理論有利于改善長期存在教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域的線性控制，改善教學(xué)設(shè)計(jì)的線性思維，擴(kuò)展教學(xué)設(shè)計(jì)理論。但是，目前的教學(xué)設(shè)計(jì)理論并不能把系統(tǒng)科學(xué)的新進(jìn)展有效地融入到教學(xué)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，人們對非線性的教學(xué)設(shè)計(jì)的研究依然在探索中。