Вход в Личный кабинет

Подписка

  • Цветной журнал с электронными приложениями;
  • Бумажные и электронные версии;
  • Скидки постоянным подписчикам.

Вы можете ознакомиться с номером журнала.

Оформить подписку

Урок "Биологические системы"

Разделы: Преподавание биологии


Тема: «Биологические системы: принципы функционирования»

Цели урока:

-  обогатить мировоззрение учащихся междисциплинарным синергическим подходом в изучении живого; определить основные принципы самоорганизации, критерии построения саморазвивающейся среды, установить условия устойчивого развития в изменяющемся мире; 
-  конкретизировать естественнонаучную картину мира примером функционирования живых систем, познакомить учащихся с принципами организации живой и неживой систем;
- использование диалога как эффективного способа осуществления рефлексии

Пояснительная записка

«Разум, хорошо упорядоченный, дороже разума, хорошо упакованного»
М. Монтень

Ключевые идеи:

- мы живем в мире неустойчивых процессов с нарушенной симметрией между прошлым и будущим;
- в открытой системе каждый человек рассматривается, как неповторимая индивидуальность, инициирующая и организующая свой уникальный процесс освоения мира;
- синергетический подход, опирающийся на универсальную эволюционную картину мира, способствует стиранию границ между естественнонаучным и гуманитарным знанием;

Занятие построено на принципах технологии диалогового обучения и воспитания (научности, адресности, креативности). Занятие включает разнообразные виды диалога: внешний – презентации учащихся (позволяет структурировать информацию, обеспечивает расширение , приращение знаний о системном подходе в изучении живого), внутренний - диалог со своим внутренним «я» учителя и ученика, выход на уровень осмысленного и осознанного понимания проблемы и диалог «экзистенциональной» направленности - приводит к взаимопониманию и взаимообогощению субъектов общения, развитию личностных качеств, придание обучению развивающей направленности)

Предлагаем презентацию:

Выберите наиболее подходящий из двух вариантов определения:

Базовые свойства систем, отражающие схему функционирования, сводятся к следующему:

Системы

Система – это:

  • 1) целое, созданное из частей и элементов целенаправленной деятельности и обладающее новыми свойствами, отсутствующими у элементов и частей, его образующих;
  • 2) объективная часть мироздания, включающая схожие и совместимые элементы, образующие особое целое, которое взаимодействует с внешней средой.

Допустимы и многие другие определения. Общим в них является то, что система есть некоторое правильное сочетание наиболее важных, существенных свойств изучаемого объекта.
Признаками системы являются множество составляющих ее элементов, единство главной цели для всех элементов, наличие связей между ними, целостность и единство элементов, наличие структуры и иерархичности, относительная самостоятельность и наличие управления этими элементами. Термин «организация» в одном из своих лексических значений означает также «систему», но не любую систему, а в определенной мере упорядоченную, организованную.
Система может включать большой перечень элементов и ее целесообразно разделить на ряд подсистем.

Подсистема – набор элементов, представляющих автономную внутри системы область (экономическая, организационная, техническая подсистемы).

Большие системы (БС) – системы, представляемые совокупностью подсистем постоянно уменьшающегося уровня сложности вплоть до элементарных подсистем, выполняющих в рамках данной большой системы базовые элементарные функции.

Система обладает рядом свойств.

Свойства системы – это качества элементов, дающие возможность количественного описания системы, выражения ее в определенных величинах.
Базовые свойства систем сводятся к следующему:

  • – система стремится сохранить свою структуру (это свойство основано на объективном законе организации – законе самосохранения);
  • – система имеет потребность в управлении (существует набор потребностей человека, животного, общества, стада животных и большого социума);
  • – в системе формируется сложная зависимость от свойств входящих в нее элементов и подсистем (система может обладать свойствами, не присущими ее элементам, и может не иметь свойств своих элементов). Например, при коллективной работе у людей может возникнуть идея, которая бы не пришла в голову при индивидуальной работе; коллектив, созданный педагогом Макаренко из беспризорных детей, не воспринял воровства, матерщины, беспорядка, свойственных почти всем его членам.

Помимо перечисленных свойств большие системы обладают свойствами эмерджентности, синергичности и мультипликативности.

Свойство эмерджентности – это

  • 1) одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее, что целевые функции отдельных подсистем, как правило, не совпадают с целевой функцией самой БС;
  • 2) появление качественно новых свойств у организованной системы, отсутствующих у ее элементов и не характерных для них.

Свойство синергичности – одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее однонаправленность действий в системе, которое приводит к усилению (умножению) конечного результата.

Свойство мультипликативности – одно из первично-фундаментальных свойств больших систем, означающее, что эффекты, как положительные, так и отрицательные, в БС обладают свойством умножения.
Каждая система имеет входное воздействие, систему обработки, конечные результаты и обратную связь (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Схема функционирования системы

http://www.standard-company.ru/_2-1.JPG

Классификация систем может быть проведена по различным признакам, однако основной является группировка их в трех подсистемах: технической, биологической и социальной.

Техническая подсистема включает станки, оборудование, компьютеры и другие работоспособные изделия, имеющие инструкции для пользователя. Набор решений в технической системе ограничен и последствия решений обычно предопределены. Например, порядок включения и работы с компьютером, порядок управления автомобилем, методика расчета мачтовых опор для ЛЭП, решение задач по математике и др. Такие решения носят формализованный характер и выполняются в строго определенном порядке. Профессионализм специалиста, принимающего решения в технической системе, определяет качество принятого и выполненного решения. Например, хороший программист может эффективно использовать ресурсы компьютера и создавать качественный программный продукт, а неквалифицированный может испортить информационную и техническую базу компьютера.

Биологическая подсистема включает флору и фауну планеты, в том числе относительно замкнутые биологические подсистемы, например муравейник, человеческий организм и др. Эта подсистема обладает большим разнообразием функционирования, чем техническая. Набор решений в биологической системе также ограничен из-за медленного эволюционного развития животного и растительного мира. Тем не менее последствия решений в биологических подсистемах часто оказываются непредсказуемыми. Например, решения врача, связанные с методами и средствами лечения пациентов, решения агронома о применении тех или иных химикатов в качестве удобрений. Решения в таких подсистемах предполагают разработку нескольких альтернативных вариантов и выбор лучшего из них по каким-либо признакам. Профессионализм специалиста определяется его способностью находить лучшее из альтернативных решений, т.е. он должен правильно ответить на вопрос: что будет, если..?

Социальная (общественная) подсистема характеризуется наличием человека в совокупности взаимосвязанных элементов. В качестве характерных примеров социальных подсистем можно привести семью, производственный коллектив, неформальную организацию, водителя, управляющего автомобилем, и даже одного отдельного человека (самого по себе). Эти подсистемы существенно опережают биологические по разнообразию функционирования. Набор решений в социальной подсистеме характеризуется большим динамизмом, как в количестве, так и в средствах и методах реализации. Это объясняется высоким темпом изменения сознания человека, а также нюансов в его реакциях на одинаковые однотипные ситуации.

Перечисленные виды подсистем обладают различным уровнем неопределенности (непредсказуемости) в результатах реализации решений (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Соотношение неопределенностей в деятельности различных подсистем

Не случайно в мировой практике легче получить статус профессионала в технической подсистеме, значительно труднее – в биологической и чрезвычайно трудно – в социальной!
Можно привести очень большой список выдающихся конструкторов, изобретателей, рабочих, физиков и других специалистов-техников; значительно меньше – выдающихся врачей, ветеринаров, биологов и т.д.; на пальцах можно перечислить выдающихся руководителей государств, организаций, глав семей и т.д.

Среди выдающихся личностей, работавших с технической подсистемой, достойное место занимают: И. Кеплер (1571–1630) – немецкий астроном; И. Ньютон (1643–1727) – английский математик, механик, астроном и физик; М.В. Ломоносов (1711–1765) – российский естествоиспытатель; П.С. Лаплас (1749–1827) – французский математик, астроном, физик; А. Эйнштейн (1879–1955) – физик-теоретик, один из основателей современной физики; С.П. Королев (1906/07–1966) – советский конструктор и др.
Среди выдающихся ученых, работавших с биологической подсистемой, можно назвать следующих: Гиппократ (ок. 460 – ок. 370 до н. э.) – древнегреческий врач, материалист; К. Линней (1707–1778) – шведский естествоиспытатель; Ч. Дарвин (1809–1882) – английский естествоиспытатель; В.И. Вернадский (1863–1945) – естествоиспытатель, гео- и биохимик и др.
Среди персоналий, работавших в социальной подсистеме, нет общепризнанных лидеров. Хотя по ряду признаков к ним относят российского императора Петра I, американского бизнесмена Г . Форда и других личностей.
Социальная система может включать биологическую и техническую подсистемы, а биологическая – техническую (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Взаимодействие подсистем

Социальные, биологические и технические системы могут быть: искусственными и естественными, открытыми и закрытыми, полностью и частично предсказуемыми (детерминированные и стохастические), жесткими и мягкими. В дальнейшем классификация систем будет рассматриваться на примере социальных систем.
Искусственные системы создаются по желанию человека или какого-либо общества для реализации намеченных программ или целей. Например, семья, конструкторское бюро, студенческий профсоюз, предвыборное объединение.
Естественные системы создаются природой или обществом. Например, система мироздания, циклическая система землепользования, стратегия устойчивого развития мировой экономики.
Открытые системы характеризуются широким набором связей с внешней средой, сильной зависимостью от нее. Например, коммерческие фирмы, средства массовой информации, органы местной власти.
Закрытые системы характеризуются главным образом внутренними связями и создаются людьми или компаниями для удовлетворения потребностей и интересов преимущественно своего персонала, компании или учредителей. Например, профсоюзы, политические партии, масонские общества, семья на Востоке.
Детерминированные (предсказуемые) системы функционируют по заранее заданным правилам, с заранее определенным результатом. Например, обучение студентов в институте, производство типовой продукции.
Стохастические (вероятностные) системы характеризуются трудно предсказуемыми входными воздействиями внешней и (или) внутренней среды и выходными результатами. Например, исследовательские подразделения, предпринимательские компании, игра в русское лото.
Мягкие системы характеризуются высокой чувствительностью к внешним воздействиям, а вследствие этого – слабой устойчивостью. Например, система котировок ценных бумаг, новые организации, человек при отсутствии твердых жизненных целей.
Жесткие системы – это обычно авторитарные, основанные на высоком профессионализме небольшой группы руководителей организации. Такие системы обладают большой устойчивостью к внешним воздействиям, слабо реагируют на небольшие воздействия. Например, церковь, авторитарные государственные режимы.
Кроме того, системы могут быть простыми и сложными, активными и пассивными.

Приложения

Дается характеристика систем, их особенностей, уровней организации. Особо выделяются исторические персоналии, внесшие вклад в развитие систем.

 

Сравните живые и неживые системы.

Заполните таблицу:

Признаки систем

Живые системы

Неживые системы

Химический состав

                                             Идентичные 

элементы ПСЭ

Элементы-органогены:

99% химического состава приходится на 4 элемента - С-углерод, O-кислород, N-азот, H-водород;

Микроэлементы - от 0,001% до 0,000001% - (ванадий, германий, йод (входит в состав тироксина, гормона щитовидной железы), кобальт (витамин В12), марганец, никель, рутений, селен, фтор (зубная эмаль), медь, хром, цинк (инсулин поджелудочной железы) и др.)

Ультрамикроэлементы - меньше 0,000001%.
живые организмы построены в основном из 4 крупных групп сложных органических молекул - нуклеиновых кислот, белков, полисахаридов и жиров;

Земная кора

Мантия
Элемент         Концентрация (%)
O                             44,8       
Si                             21,5       
Mg                           22,8       
Fe                              5,8       
Al                              2,2       
Ca                             2,3       
Na                             0,3       
K                               0,03

Взаимодействия с внешним миром

Организмы поглощают из окружающей среды необходимые для жизни вещества и выделяют продукты жизнедеятельности, при этом происходят химические превращения веществ.

 

Обмен веществами представляет собой их простой перенос с одного места на другое или изменение агрегатного состояния.

Развитие

Осуществляют обмен веществ в постоянном неравновесном состоянии;
Находится в состоянии динамического равновесия – поддержание внутренней среды.
Развитие осуществляется за счет возрастания общей энергии на всех уровнях строения организма.

Равновесное состояние;
Без внешнего воздействия стремится к термодинамическому равновесию, выйти из которого самостоятельно не может.

 

 

Клеточный уровень организации живой материи: значение, роль в природе (презентация)

 

 

Сообщение ученика по интересующей его теме: «Нация как проявление пространственной организации жизни»

Жизнь – это поток событий, обеспеченный определенной пространственной организацией.

Как сказал В.И. Вернадский, «Быть живым – значит быть организованным».

Одной из форм пространственной организации жизни является нация, которая формируется вследствие взаимодействия группы людей с окружающей средой.

Нацию определяют три признака: язык, историческая память, и территория, на которой эта нация живет. Любая система лишь тогда выживает, когда ее составные части несут достаточно информации, чтобы приспособиться к вечно изменяющимся условиям нашей планеты. Для человечества это означает, что каждый народ должен обрести свой неповторимый опыт, он же откладывается в культурных достижениях, которые могут оказаться нужными всем. Обратимся к такому примеру: Япония.

Японцы учат всех нас приспосабливаться к условиям «космического корабля», когда всего мало – естественных ресурсов, пространства, - все надо беречь, а потому каждый должен воспитывать в себе скромность в личных потребностях. С Японии к нам пришла икебана- искусство изысканных композиций из минимального количества естественного материала; короткий стих, передающий неповторимость мгновения, - хокку, и обряд чайной церемонии, когда всем надлежит любоваться и радоваться всему, что тебя окружает.

Вопрос классу:

Изобразите уровни организации живого, известные Вам из курса биологии. Определите, какой уровень организации (система) заинтересовал вас как объект дальнейшего изучения?