教学设计是教学过程中的一个重要环节。在高职实训教学中引入混沌理论。把蝴蝶效应、分形与奇异吸引子3个基本概念参与到教学设计基本理念中，提出教学过程要弹性灵活：要注重元认知的发展和培养：要认真对待学生的新奇思维，进而培养学生的创造性思维。
教学设计是对教学系统的优质设计，传统观念认为教学系统由学生、教师、教学内容、教学方法和教学媒体构成，且认为教学设计过程是线性的封闭系统，这一系统具有确定性、静态性及可预测性。可是，教学活动的实践者往往都有这样的体会，教学设计本质上是一种高度创造性的活动，具有不确定性和不可预测性。而对于高职高专院校，目标就是培养实际应用型人才，其教学着重培养学生的技能，多实训少理论，所以高职的实训课程更具有明显的动态性和复杂性，而传统的教学设计观以牛顿机械决定论为基本理念，缺乏实际所需的灵活性，所以仅仅以传统的设计观指导高职实训教学设计往往是不够的。20世纪70年代末，教学设计领域引入混沌理论，混沌理论认为系统具有开放性、非线性及不可预测等特性，教学作为一个系统，其实施过程前的教学设计必然受到混沌理论基本规律的影响。
一、混沌理论及其基本原理
(一)混沌理论
混沌理论产生于20世纪60年代。是量子物理学怀疑牛顿机械决定论的产物。当时，牛顿物理学认为宇宙中的万事万物都是有序的、规则的，前面的物理事件预测和决定后面的事件。而量子物理学认为，宇宙中的现象是多样的、不稳定的，宇宙并非是一个事先被决定的存在，恰恰相反，它是不被决定也不被预测的系统。混沌就表现为这种非决定论的多样性和不可预测性，但是混沌并非绝对无序。混沌理论认为，宏观世界是确定的、有序的、必然的。微观世界是随机的、偶然的、无序的。世界是宏观和微观的统一体，宏观中包含微观，微观存在于宏观，有序运动产生无序，无序运动又包含着更高层次的有序。
(二)混沌的基本原理
1.敏感的初始条件――“蝴蝶效应”。所谓蝴蝶效应。其实，最早只是一种可能性的说法，即“在巴西一只蝴蝶翅膀的拍打，可能有助于在美国得克萨斯州产生一个陆地龙卷风”，这种可能性首次由E.N.洛伦兹(Lorenz)在1972年12月召开的美国科学发展学会第139次会议上提出，洛伦兹也因此被称为“混沌之父”。洛伦兹还提出天气也具有不可长期准确预报的特性。会议后，人们规范此说法为蝴蝶效应，即系统对其初始条件异常敏感，以至于初始状态的轻微变化就可能导致无法预测的巨大后果。蝴蝶效应因此也被称为敏感的初始条件。
2.分形。分形是一种几何概念，最早出现于美国著名数学家曼德尔布诺特(B.Mandelbrot)创立的分形几何理论概念中。这种分形几何突破了欧氏几何的规则图形，它运用递归、迭代等算法生成不规则但又相似的自然形态图形，这些图形有两个特征：第一，它们自始至终都是不规则的；第二，在不同的尺度上，不规则程度是一个常量。在日常生活中，分形现象普遍存在，如家中的洋葱，由一层层相似的葱皮组成，但是每一层都不同。在自然界中，也存在数不清的分形现象，如四季天气的变化、动物血液的供给、心脏的跳动、菜价的起伏，时尚的变换等。
3.奇异吸引子。奇异吸引子是吸引子的一种。所谓吸引子，是一种状态，即一个系统的运动最终停留下来或被吸引过来的状态，是系统的一种固态表现。物体的这种稳固形态由点吸引子、极限环吸引子和奇异吸引子这三种吸引子控制。前两种吸引子对系统进行限制，使物体保持原态，所以也称它们为收敛性吸引子。而奇异吸引子则与前两者截然相反，它使系统偏离静态与平衡而导向变化，使系统向非预想模式发展。系统正是在这两大种反向吸引子的相互作用下，才形成了特定范围和形状内稳定、可预测，而整体却不规则的运动的形态。
二、混沌理论对高职高专实训教学设计的启示
1.“蝴蝶效应”在高职实训教学中的应用。以线性、可预测性、可控制性为显著特征的传统教学观认为，教学过程与学生发展之间，是一种因果线性关系，一定的教学必然导致学生一定的变化发展，学生自身的素质会随着年级的升高呈现增长的趋势。这样的教学观没有充分考虑学生这一奇异吸引子，常常造成教师教学的死板与一成不变，也致使传统的学习方式长期以知识精加工学习为主，即学习者在规定的时间内，按照预定的统一要求和预设的知识单元顺序，对固定的内容进行学习，逐个完成预设的问题。这样就认为是达到了要求，完成了目标。在精加工的学习和教学传统下，教学设计是同质的和线性的，教学方法单一且相对僵化，教学内容相对封闭，无论学生的知识储备如何，教学方案与教学实例几乎一成不变地填鸭给每一位学生，把学生当做被动的、机械的接受者。然而，高职实训教学具有绝对的特殊性，高职实训基本上都是在真实的或者类似于真实的环境中进行的实际操作，所以其系统内部各要素具有相当大的真实性和不可预测性，因为参与主体及环境的复杂性，教学过程充满了混沌。实训中，参与教学的教师和学生。往往进行的是现场操作，其过程中每一个步骤都可能会导致教学结果的巨大变化，如果没充分考虑混沌的敏感性这一特征，未能灵活地调整实训教学，则必然导致课堂教学的混乱，教学目标的偏移。
所以说，高职实训教学系统其实是一个典型的混沌系统，这就要求教师在教学设计时需要认真研究教学内容、教学环境和学生状况等初始条件，考虑可能出现的真实性问题并进行恰当地处理，精心设计教学的每一个环节及其之间的过渡，促使学生能够在规定的时间内，在同一学习目标的要求下，从了解知识来源和知识结构出发，逐步并深入掌握关键的内容，构建知识的框架，最终融会贯通所学的知识。
2.分形在高职实训教学中的应用。分形的最大特性其实就是一种不规则的比例自相似性，是关于整体与部分之间关系的思维方法，通过认识部分来促进认识整体，也认为是沿着微观认识再反映到宏观认识，形成一种分形认识论。思维是一种认识，虽说具有复杂性，但其也遵循微观发展到宏观，部分发展到整体的规律，所以思维形成的过程中少不了分形的影子。把分形的思维应用到教学中。着重体现在有意识地运用分形迭代的思维方法和分形认识观点，发展和培养学生思维的元认知能力，促进蝴蝶效应的产生。
所谓元认知(metacognition)，是指学习者对自己认知过程理解、控制和操作的知识与能力的自觉意识。元认知的正确培养会影响学生一生的思维方式，所以发展高职学生的元认知意识其实最终是帮助他们培养思考问题、处理问题的能力。通过教学发展元认知，可通过巧妙安排教学内容和教学策略及考虑采用不同的教学方法，加强相应能力的训练。例如，导游讲解实训课程，教师先引导学生观看景点导游实例，总结案例中知识要点，再由教师讲解导游词、导游语言、导游体态等方面的注意事项，然后在老师的指导下。学生进行模拟导游，最后学生到真实的景点进行导游训练。在这一系列的教学过程中，学生不仅掌握了导游所需的基本理 论，而且通过真实的操作巩固了知识，培养了能力。要有意识地帮助学生学会反思其学习活动，也就是发展其元认知意识，提高其元认知水平，使学生成为一个灵活的、弹性的学习者，不再认为学习是仅仅从书本上寻找问题和获得答案，而更多的是发现问题、主动思考、解决问题。这要求教师在实训教学设计中考虑元记忆、元理解等观念，加强学生自调、图式训练及能力迁移等方面的设计，灵活选择并运用各种教学方法，如，发现式教学、隐喻式教学、启发式教学、讨论式教学等，在学生掌握知识的基础上进一步培养学生的实际应用能力，促进其科学思维方法的养成。
3.奇异吸引子在高职实训教学中的应用。收敛性吸引子与奇异吸引子是存在于混沌系统中的两个截然相反而又相辅相成的吸引子。
教学系统中，教学目标、教学要求、教学媒体等属于收敛性吸引子，即一旦学生出现偏离预定目标的行为。就及时加以控制与纠正，保证教学在一个目标的指导下进行。学生独特的个性及其发展的可能性是一种奇异吸引子，这种吸引子有可能使教学过程按照非预定的模式进行。
混沌观认为教学中应重视学生这一奇异吸引子的作用，以学生为中心，适应学生的品行进行教学，而不应遵从传统的教学观指导，即只重视收敛吸引子的作用，让学生在固定内容、固定步骤的传统教材中进行知识迷宫的学习。混沌观重视奇异吸引子的作用，注重教学中学生知识形成的过程。在把握和遵循教育总体目标、要求的前提下，对教学过程中部分的具体目标以多维的立体观点去思考和设置，根据学生的实际情况，分层提出不同的具体教学目标，如难易分层、内容分层、提问分层、作业分层、辅导分层。充分挖掘每个人的潜能，给学生探索和认识有关知识的机会。在实际的教学中，强调课堂提问，通过层层提问，培养学生思维的逻辑性；通过恰当提问，启发学生全面深入思考，提升学生的思维品质；通过联想提问，引导学生展开联想，培养学生由此及彼的创造性思维方法。在整个实训过程中，有意识地运用蝴蝶效应原理，认真对待学生的新奇思维，加以正确引导，并大胆鼓励创新，加强学生在学习过程中创造性思维能力的培养。
三、结语
教学设计曾以科学主义与人文主义为其方法论取向，但是随着教学的实践与深入，人们发现这两种方法论都存在自身的局限，科学主义认为教学过程是机械不变的，人文主义以人为本，大肆主张人的可变性。而实际上，教学设计是一种多重的、动态的又充满一定规律性的过程，经过实践的否定之否定的过程，一些教学设计研究者开始重新反思教学设计的本质，摆脱纯粹的理性观与人文观，在教学实践的基础上，不断思考，形成反映教学设计本质特点的、混沌的且更加科学的、更具创造性的教学设计观。