Из журнала «Естествознание в школе». – 2004. - №5
Изучение системного строения природы в курсе «Природоведение 5-6»
,
Кандидат педагогических наук, старший научный сотрудник лаборатории перспективного школьного учебника Института средств и методов обучения Российской академии образования.
Коллективом сотрудников Института содержания и методов обучения РАО под руководством д. п.н. и д. п.н. разработан новый курс «Природоведение 5-6». Он представляет собой один из вариантов реализации государственного образовательного стандарта по данному предмету. В курсе нашли отражение тенденции сближения и интеграции различных дисциплин. В статье представлен материал одного из параграфов нового учебника, посвященного формированию представлений о природных системах.
Основными обобщающими идеями нового курса природоведения для 5-6-х классов являются:
v идеи единства человека и природы, их взаимозависимости и взаимодействия (идея экологизации);
v идеи гуманизации образования;
v идеи связи, системности, причинности и историзма в познании этого единства.
Отдельная глава учебника для 6 класса посвящена системному строению природной среды (ее автор — ). Глава включает шесть параграфов, в которых на конкретных примерах в доступной для данного возраста форме раскрываются такие ключевые понятия как «система», «элементы системы», «связи в системе», «целостность». Особое внимание уделено вопросам иерархии природных систем, механизмам их устойчивости, направлениям развития, а также научным методам изучения систем.
Предлагаем вам познакомиться с первым параграфом этой главы, содержание которого позволяет обобщить имеющиеся у учащихся знания о различных природных и искусственных, созданных человеком, системах, выявить их общие свойства.
Когда целое не равно сумме, или что такое система
Изучая в школе различные предметы, вы уже встречали и будете встречать в дальнейшем понятие «система»: система координат и система уравнений в математике, система единиц измерения в физике, периодическая система элементов Менделеева в химии, Солнечная система в астрономии, геосистема в географии, различные системы внутренних органов человека и животных в биологии и множество других очень важных систем.
Не только в науке, но и в повседневной жизни без систем тоже не обойтись. Конечно, открывая кран с горячей водой или пользуясь услугами мобильной связи, слушая концерт симфонического оркестра или читая эти строки, вы, скорее всего, не задумываетесь над тем, что это тоже системы. Что может быть общего у таких разных объектов?
Оказывается, существуют определенные закономерности, которым подчиняются практически все тела и вещества окружающего нас мира, если рассматривать их как систему (от греч. sistēma — целое, составленное из частей). В этой главе мы расскажем вам о законах, применимых в разных областях человеческой деятельности, об удивительной науке — теории систем, которая помогает ученым различных специальностей лучше понять изучаемые тела, вещества и явления.
Система — что это такое? Чтобы понять, что же представляет собой любая система, предлагаем вам ответить на следующий вопрос: «Что общего у человека, книжного шкафа и автомобиля?» На первый взгляд, вопрос может показаться несколько странным. Но не торопитесь с ответом. Давайте рассуждать вместе.
Человек состоит из мышц, скелета, органов кровообращения, дыхания, пищеварения и других органов. Книжный шкаф — из полок, стенок, дверец и скрепляющих их деталей. Автомобиль — из мотора, колес, кузова и т. д. Общим для этих тел является прежде всего то, что они состоят из взаимосвязанных частей, иначе называемых элементами (от лат. elementum — первоначальное вещество, составная часть сложного вещества).
Все эти три объекта (человек, книжный шкаф, автомобиль) характеризуются целостностью — качеством, которое нельзя получить, складывая вместе отдельные их части. Объем книжного шкафа гораздо больше, чем суммарный объем всех досок и шурупов, из которых он состоит. Автомобиль может самостоятельно ехать (при условии, что он заправлен бензином и за рулем находится водитель), в то время, как ни мотор, ни колеса, ни кузов отдельно не сдвинутся с места. Человек может двигать книжный шкаф или управлять автомобилем, чего, естественно, не могут отдельные его органы.
Свойство нескольких взаимосвязанных элементов, которое нельзя получить простым суммированием их свойств, называют системным свойством. На этом основано одно из первых определений системы, принадлежащее древнегреческому ученому и философу Аристодо н. э.), который утверждал, что система — это «целое, которое больше своих частей».
Что же нужно набору элементов, чтобы они образовали систему и приобрели новое свойство? Рассмотрим уже знакомый вам пример с автомобилем. Если разобрать его до винтика и сложить эти винтики в одну кучу, то ехать такая гора деталей не будет. Почему? Потому что, разобрав автомобиль, мы нарушили его целостность, то есть лишили системного свойства. Не потеряв ни одной детали, мы при этом потеряли нечто большее. Что же именно?
Потеряли мы определенную последовательность, порядок взаимосвязи между элементами, то есть структуру автомобиля. И как только мы ее потеряли, автомобиль лишился системного свойства. Причем, чтобы лишить автомобиль этого свойства (в данном случае – способности передвигаться самостоятельно), не обязательно разрушать в нем все связи. Иногда достаточно уничтожить какую-нибудь одну связь. Например, если в вашем плейере повреждена одна-единственная деталь — тонкий провод, связывающий наушники с проигрывающим устройством, слушать музыку вы уже не сможете.
Чтобы разрушить систему, можно не разорвать, а, наоборот, образовать новую связь. Например, если прочно соединить передние и задние колеса автомобиля, он не сдвинется с места, потому что колеса не смогут свободно вращаться. Структуру любой системы удобно изображать графически, в виде схемы, указывая основные элементы и направление связей между ними.
Таким образом, чтобы набор неких элементов стал системой, эти элементы должны быть взаимосвязаны строго определенным образом. «Создать систему», «привести в систему» — значит установить определенный порядок в расположении частей, в их взаимосвязи или в последовательности действий. Вам, наверное, приходилось слышать фразы «моя система работы», «у него вошло в систему». Обучаясь в школе, выполняя требования учителей, вы получаете новое системное свойство — повышаете уровень своего образования. Поэтому не стоит допускать, чтобы «входили в систему» опоздания на урок или двойки за невыполненное домашнее задание.
Связи между элементами в системе. Связи в системе объединяют элементы в единое целое. При этом не все связи равноценны. Существуют связи, изменение (разрушение или образование) которых приводит к нарушению или даже полному разрушению системы. Такие связи называются системными. Другие связи можно разрушить или добавить, и это никак не повлияет на системное свойство системы, ее целостность. Такие связи называются несистемными. Например, в автомобиле можно разрушить связь между осью и спидометром. Автомобиль с неработающим спидометром вполне может двигаться — системное свойство сохраняется, хотя при этом мы не будем точно знать, сколько километров проехали. На этом основании мы можем сделать заключение о том, что связь между осью и спидометром не относится к системным.
Еще один пример. Посмотрите внимательно на кисть своей руки. Когда вы берете в руки различные предметы, вы можете совершать очень точные и тонкие движения. Почему это возможно? Кисть руки человека имеет, как и у всех млекопитающих, пять пальцев. Но только у человека большой палец полностью противопоставлен остальным четырем. Именно благодаря этой особенности система «кисть» приобрела уникальное системное свойство – удерживать различные предметы. Системный характер имеет в данном случае связь большого пальца с пястьем. Эта особенность строения руки позволила нашим далеким предкам изготавливать орудия труда и охоты, что сыграло важную роль в эволюции человека и развитии цивилизации.
Какое значение имеют связи в системах? Безусловно, в первую очередь связи служат для того, чтобы система не распадалась на составляющие ее элементы. Но в этом случае структура системы (то есть порядок связи в ней) далеко не всегда имела бы значение. Какая разница, в каком порядке соединены детали электрического чайника: «вилка → шнур → нагревательный элемент» или «нагревательный элемент → вилка → шнур»? Оказывается, принципиальная: по системным связям движутся потоки вещества, энергии или информации. Именно благодаря этим потокам и возникает системное свойство. В электрическом чайнике электрическая энергия движется от источника к нагревательному элементу. При этом электрическая энергия превращается в тепловую. Благодаря этой энергии вода в чайнике нагревается. Если изменить порядок связей, такие потоки будут невозможны и чайник нагреваться не будет.
Таким образом, отвечая на поставленный в начале параграфа вопрос, что же общего между тремя такими непохожими на первый взгляд телами, мы можем утверждать, что и человек, и книжный шкаф, и автомобиль — это системы, так как они состоят из взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов и обладают целостностью.
Это понятие имеет широкую область применения, так как практически каждый объект окружающего мира может быть рассмотрен как система.
Система – множество закономерно связанных друг с другом элементов (тел, веществ, явлений, законов, принципов), образующих целостность, единство. Определенный порядок взаимосвязи между элементами образует структуру системы. Связи, объединяющие элементы системы, приводящие к появлению нового свойства, изменение (разрушение или образование) которых приводит к нарушению или даже полному разрушению системы, называются системными. По системным связям движется поток вещества, энергии и информации.
Ключевые слова:
*Система *Элемент системы * Целостность * Системное свойство *Системные и несистемные связи
s
1. Используя рисунок 1, назовите признаки, общие для всех систем.
2. Приведите 2-3 примера различных систем. Объясните, в чем заключается системное свойство каждой из них.
3. Опишите следующие объекты шариковая ручка, часы, пчелиная семья, рассматривая их как системы, укажите составляющие их элементы и присущие им системные свойства.
4. Что случится с системой, если в ней будут нарушены системные связи? Приведите 2-3 примера, подтверждающие ваши рассуждения.
Система — множество закономерно связанных друг с другом элементов (тел, веществ, явлений, законов, принципов и т. д.), образующих целостность, единство и обладающее новым (системным) свойством, не сводимым к сумме свойств отдельных элементов.
