Системи і підсистеми

Тема: Системи і підсистеми.

Тип уроку: урок ознайомлення з новим матеріалом

• Ознайомити учнів з поняттями: система, системологія, структура, підсистема, системному підході;
• Розглянути системний ефект, системи і підсистеми, системи в науці і системному підході;
• Формування загальних уявлень сучасної наукової картини світу;
• формування комунікативних якостей особистості, що розвивається.

Тема: Що таке система?

Тип уроку: урок ознайомлення з новим матеріалом

Ознайомити учнів з поняттями: система, системологія, структура, підсистема, системному підході;

Розглянути системний ефект, системи і підсистеми, системи в науці і системному підході;

Формування загальних уявлень сучасної наукової картини світу;

формування комунікативних якостей особистості, що розвивається.

I.Організаціонний момент (2 хв.)

Привітання. Повідомлення нової теми.

II. Актуалізація знань (3 хв.)

Повторення техніки безпеки

III. Теоретична частина (30 хв.)

Наш світ наповнений різноманіттям різних об'єктів. Нерідко ми вживаємо поняття «простий об'єкт», «складний об'єкт». А міркували ви про те, в чому різниця між простим і складним? На перший погляд, виникає такий очевидний відповідь: складний об'єкт складається з безлічі простих. І чим більше в ньому таких «деталей», тим предмет складніше. Наприклад, цегла - простий об'єкт, а будівлю, побудоване з цегли, - складний об'єкт. Або ще: болт, колесо, кермо і інші деталі автомобіля - прості об'єкти, а сам автомобіль, зібраний з цих деталей, - складний пристрій. Але чи тільки в кількості деталей полягає відмінність між простим і складним?

Сформулюємо визначення головного поняття системологии - поняття системи:

Система - це складний об'єкт, що складається з взаємозв'язаних частин (елементів) і існує як єдине ціле. Будь-яка система має певне призначення (функцію, мета).

Розглянемо купу цегли і будинок, побудований з цієї речовини. Як би багато не було цегли в купі, її не можна назвати системою, тому що в ній немає єдності, немає доцільності. А житловий будинок має цілком конкретне призначення - в ньому можна жити. У кладці будинку цеглу певним чином пов'язані між собою, відповідно до конструкції. Звичайно, в конструкції будинку крім цегли є багато інших деталей (дошки, балки, вікна та ін.), Всі вони належним чином з'єднані і утворюють єдине ціле - будинок.

Ось ще один приклад: безліч велосипедних деталей і зібраний з них велосипед. Велосипед - це система. Його призначення - бути транспортним засобом для людини.

Перше головне властивість системи - доцільність. Це призначення системи, головна функція, яку вона виконує.

Будь-яка система визначається не тільки складом своїх частин, але також порядком і способом об'єднання цих частин в єдине ціле. Всі частини (елементи) системи знаходяться в певних відносинах або зв'язках один з одним. Тут ми виходимо на наступне найважливіше поняття системологии - поняття структури.

Структура - це порядок зв'язків між елементами системи.

Можна ще сказати так: структура - це внутрішня організація системи. З тих же самих цегли та інших деталей крім житлового будинку можна побудувати гараж, паркан, вежу. Всі ці споруди будуються з одних і тих же елементів, але мають різну конструкцію відповідно до призначення споруди. Застосовуючи мову системології, можна сказати, що вони розрізняються структурою.

Хто з вас не захоплювався дитячими конструкторами: будівельними, електричними, радіотехнічними та іншими? Всі дитячі конструктори влаштовані за одним принципом: є безліч типових деталей, з яких можна збирати різні вироби. Ці вироби відрізняються порядком з'єднання деталей, т. Е. Структурою.

З усього сказаного можна зробити висновок: будь-яка система має певний елементним складом і структурою. Властивості системи залежать і від складу, і від структури. Навіть при однаковому складі системи з різною структурою мають різні властивості, можуть мати різне призначення.

Друге головне властивість системи - цілісність. Порушення елементного складу або структури веде до часткової або повної втрати доцільності системи.

З залежністю властивостей різних систем від їх структури вам доводилося і ще належить зустрітися в різних шкільних дисциплін. Наприклад, відомо, що графіт і алмаз складаються з молекул одного і того ж хімічного речовини - вуглецю. Але в алмазі молекули вуглецю утворюють кристалічну структуру, а у графіту структура зовсім інша - шарувата. В результаті алмаз - найтвердіша в природі речовина, а графіт м'який, з нього роблять грифелі для олівців.

Розглянемо приклад суспільної системи. Суспільними системами називають різні об'єднання (колективи) людей: родину, виробничий колектив, колектив школи, бригаду, військову частину і ін. Зв'язки в таких системах - це відносини між людьми, наприклад відносини підпорядкованості. Безліч таких зв'язків утворюють структуру суспільної системи.

Ось простий приклад. Є дві будівельні бригади, що складаються кожна з семи чоловік. У першій бригаді один бригадир, два його заступники і по два робочих в підпорядкуванні у кожного заступника. У другій бригаді - один бригадир і шестеро робітників, які підпорядковуються безпосередньо бригадиру.

На малюнках схематично представлені структури підпорядкованості в двох даних бригадах:

Різниця в структурі неминуче відіб'ється на ефективності роботи бригад, на їх продуктивності. При невеликому числі людей ефективніше виявляється друга структура. Але якщо в бригаді 20 або 30 осіб, то тоді одному бригадиру важко керувати роботою такого колективу. В цьому випадку розумно ввести посади заступників, т. Е. Використовувати першу структуру підпорядкованості.

Сутність системного ефекту. всякій системі властиві нові якості, не притаманні її складовим частинам.

Про системи і підсистемах

В якості ще одного прикладу системи розглянемо об'єкт - персональний комп'ютер (ПК). На малюнку приведена схема складу і структури ПК.

Саме поверхневе опис ПК таке: це система, елементами якої є системний блок, клавіатура, монітор, принтер, миша. Чи можна назвати їх простими елементами? Звичайно, ні. Кожна з цих частин - це теж система, що складається з безлічі взаємозалежних елементів. Наприклад, до складу системного блоку входять: центральний процесор, оперативна пам'ять, накопичувачі на жорстких і гнучких магнітних дисках, CD-ROM, контролери зовнішніх пристроїв та ін. В свою чергу, кожна з цих пристроїв - складна система. Наприклад, центральний процесор складається з арифметико-логічного пристрою, пристрою управління, регістрів. Так можна продовжувати і далі, все більше заглиблюючись в подробиці пристрої комп'ютера.

Систему, що входить до складу якоїсь іншої, більш великої системи, називають підсистемою.

З даного визначення випливає, що системний блок є підсистемою персонального комп'ютера, а процесор - підсистемою системного блоку.

А чи можна сказати, що якась найпростіша деталь комп'ютера, наприклад гайка, системою не є? Все залежить від точки зору. У пристрої комп'ютера гайка - проста деталь, оскільки на більш дрібні частини вона не розбирається. Але з точки зору будови речовини, з якого зроблена гайка, це не так. Метал складається з молекул, що утворюють кристалічну структуру, молекули - з атомів, атоми - з ядра і електронів. Чим глибше наука проникає в речовину, тим більше переконується, що немає абсолютно простих об'єктів. Навіть частки атома, які називають елементарними, наприклад електрони, теж виявилися непростими.

Будь-який реальний об'єкт нескінченно складний. Опис його складу і структури завжди носить модельний характер, т. Е. Є наближеним. Ступінь подробиці такого опису залежить від його призначення. Одна і та ж частина системи в одних випадках може розглядатися як її простий елемент, в інших випадках - як підсистема, що має свій склад і структуру.

Про системи в науці і системному підході

Основний сенс дослідницької роботи вченого найчастіше полягає в пошуку системи в предметі його дослідження.

Завдання будь-якої науки - знайти системні закономірності в тих об'єктах і процесах, які вона вивчає.

У XVI столітті Микола Коперник описав пристрій Сонячної системи. Земля й інші планети обертаються навколо Сонця; пов'язані вони в єдине ціле силами тяжіння.
Систематизація знань дуже важлива для біології. У XVIII столітті шведський вчений Карл Лінней написав книгу під назвою «Системи природи». Він зробив першу вдалу спробу класифікувати всі відомі види тварин і рослин, а найголовніше, показав взаємозв'язок, т. Е. Залежність одних видів від інших. Вся жива природа постала
як єдина велика система. Але вона, в свою чергу, складається з системи рослин, системи тварин, т. Е. Підсистем. А серед тварин є птахи, звірі, комахи і т. Д. Все це теж системи.

український вчений Сміла Іванович Вернадський в 20-х роках XX століття створив вчення про біосферу. Під біосферою він розумів систему, що включає в себе весь рослинний і тваринний світ Землі, людство, а також їх середовище проживання: атмосферу, поверхня Землі, світовий океан, що розробляються людиною надра (все це названо активної оболонкою Землі). Всі підсистеми біосфери пов'язані між собою і залежать один від одного. Вернадському ж належить ідея про залежність стану біосфери від космічних процесів, інакше кажучи, біосфера є підсистемою більш великих, космічних систем.

Якщо людина хоче бути хорошим фахівцем у своїй справі, він обов'язково повинен володіти системним мисленням. до будь-якої роботи проявляти системний підхід.

Сутність системного підходу. необхідно враховувати всі суттєві системні зв'язки того об'єкта, з яким працюєш.

Дуже «чутливим» для всіх нас прикладом необхідності системного підходу є робота лікаря. Взявшись лікувати якусь хворобу, якийсь орган, лікар не повинен забувати про взаємозв'язок цього органу з усім організмом людини, щоб не вийшло, як у приказці, «одне лікуємо, інше калічимо». Людський організм - дуже складна система, тому від лікаря потрібні великі знання і обережність.

Ще один приклад - екологія. Слово «екологія» походить від грецьких слів «екое» - «будинок» і «логос» - «вчення». Ця наука вчить людей ставитися до навколишнього їх природі як до власного будинку. Найважливішим завданням екології сьогодні став захист природи від руйнівних наслідків людської діяльності (використання природних ресурсів, викидів промислових відходів та ін.). Згодом люди все більше втручаються в природні процеси. Деякі втручання безпечні, але є такі, які можуть привести до катастрофи. Екологія користується поняттям «екологічна система». Це людина з «плодами» його діяльності (міста, транспорт, заводи та ін.) І природна природа. В ідеалі в цій системі має існувати динамічна рівновага, т. Е. Ті руйнування, які людина неминуче виробляє в природі, повинні встигати компенсуватися природними процесами або самою людиною. Наприклад, люди, машини, заводи спалюють кисень, а рослини його виділяють. Для рівноваги треба, щоб виділялося
кисню не менше, аніж його спалюється. І якщо рівновага буде порушено, то в кінці кінців настане катастрофа в масштабах Землі.

У XX столітті екологічна катастрофа сталася з Аральським морем в Середній Азії. Люди бездумно забирали для зрошення полів воду з живлять його річок Амудар'я і Сирдар'я. Кількість води, що випаровується перевищило приплив, і море стало пересихати. Зараз воно практично загинуло і життя на його колишніх берегах ні для людей, ні для тварин і рослин стала неможливою. Ось вам приклад відсутності системного підходу. Діяльність таких «перетворювачів природи» дуже небезпечна. Останнім часом з'явилося поняття «екологічна грамотність». Втручаючись в природу, не можна бути вузьким фахівцем: тільки нафтовиком, тільки хіміком тощо.

Займаючись вивченням або перетворенням природи, треба бачити в ній систему і докладати зусиль для того, щоб не порушувати її рівноваги.

IV. Закріплення знань (5 хв.)

V. Підсумок уроку (2 хв.)

Оцінюється робота в класі, називаються оцінки.

VI. Домашнє завдання (3 хв.)