Тема: Что такое система?

Тип урока: урок ознакомления с новым материалом Цели: Тема: Что такое система?   Познакомить учащихся с понятиями: система, системология, структура, подсистема,   системном подходе; Рассмотреть системный эффект, системы и подсистемы, системы в науке и системном  подходе;   Формирование общих представлений современной научной картины мира;  формирование коммуникативных качеств развивающейся личности. Оборудование:  ПК;  Интерактивная доска;  MS PowerPoint Ход урока: I.Организационный момент  Приветствие. Сообщение новой темы. II. Актуализация знаний ) III. Теоретическая часть  IV. Итог урока V. Д/З Системология — наука о системах. В чем состоит содержание этой науки и какое отношение она  имеет к информатике, вам предстоит узнать из данной главы. Понятие системы Наш мир наполнен многообразием различных объектов. Нередко мы употребляем понятия  «простой объект», «сложный объект». А размышляли ли вы о том, в чем разница между простым и  сложным? На первый взгляд, возникает такой очевидный ответ: сложный объект состоит из  множества простых. И чем больше в нем таких «деталей», тем предмет сложнее. Например, кирпич  — простой объект, а здание, построенное из кирпичей, — сложный объект. Или еще: болт, колесо,  руль и другие детали автомобиля — простые объекты, а сам автомобиль, собранный из этих  деталей, — сложное устройство. Но только ли в количестве деталей заключается различие между  простым и сложным? Сформулируем определение главного понятия системологии — понятия системы: Система — это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов) и  существующий как единое целое. Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель). Рассмотрим кучу кирпичей и дом, построенный из этих кирпичей. Как бы много ни было кирпичей  в куче, ее нельзя назвать системой, потому что в ней нет единства, нет целесообразности. А жилой  дом имеет вполне конкретное назначение — в нем можно жить. В кладке дома кирпичи  определенным образом взаимосвязаны, в соответствии с конструкцией. Конечно, в конструкции  дома кроме кирпичей имеется много других деталей (доски, балки, окна и пр.), все они нужным  образом соединены и образуют единое целое — дом. Вот другой пример: множество велосипедных деталей и собранный из них велосипед. Велосипед —  это система. Его назначение — быть транспортным средством для человека. Первое главное свойство системы — целесообразность. Это назначение системы, главная  функция, которую она выполняет. Структура системы Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом  объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных  отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие  системологии — понятие структуры. Структура — это порядок связей между элементами системы. Можно еще сказать так: структура — это внутренняя организация системы. Из тех же самых  кирпичей и других деталей кроме жилого дома можно построить гараж, забор, башню. Все эти сооружения строятся из одних и тех же элементов, но имеют разную конструкцию в соответствии с  назначением сооружения. Применяя язык системологии, можно сказать, что они различаются  структурой. Кто из вас не увлекался детскими конструкторами: строительными, электрическими,  радиотехническими и другими? Все детские конструкторы устроены по одному принципу:  имеется множество типовых деталей, из которых можно собирать различные изделия. Эти изделия  отличаются порядком соединения деталей, т. е. структурой. Из всего сказанного можно сделать вывод: всякая система обладает определенным элементным  составом и структурой. Свойства системы зависят и от состава, и от структуры. Даже при  одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь  разное назначение. Второе главное свойство системы — целостность. Нарушение элементного состава или  структуры ведет к частичной или полной утрате целесообразности системы. С зависимостью свойств различных систем от их структуры вам приходилось и еще предстоит  встретиться в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из  молекул одного и того же химического вещества — углерода. Но в алмазе молекулы углерода  образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая — слоистая. В  результате алмаз — самое твердое в природе вещество, а графит мягкий, из него делают грифели  для карандашей. Рассмотрим пример общественной системы. Общественными системами называют различные  объединения (коллективы) людей: семью, производственный коллектив, коллектив школы, бригаду, воинскую часть и др. Связи в таких системах — это отношения между людьми,  например отношения подчиненности. Множество таких связей образуют структуру общественной  системы. Вот простой пример. Имеются две строительные бригады, состоящие каждая из семи человек. В  первой бригаде один бригадир, два его заместителя и по два рабочих в подчинении у каждого  заместителя. Во второй бригаде — один бригадир и шестеро рабочих, которые подчиняются  непосредственно бригадиру. На рисунках схематически представлены структуры подчиненности в двух данных бригадах: Таким образом, две эти бригады — пример двух производственных (социальных) систем с  одинаковым составом (по 7 человек), но с разной структурой подчиненности. Различие в структуре неизбежно отразится на эффективности работы бригад, на их  производительности. При небольшом числе людей эффективнее оказывается вторая структура. Но  если в бригаде 20 или 30 человек, то тогда одному бригадиру трудно управлять работой такого  коллектива. В этом случае разумно ввести должности заместителей, т. е. использовать первую  структуру подчиненности. Системный эффект Сущность системного эффекта: всякой системе свойственны новые качества, не присущие ее  составным частям. Это же свойство выражается фразой: целое больше суммы своих частей. Например, отдельные  детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье не обладают способностью к езде. Но вот  эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием «велосипед», которая  приобрела новое качество — способность к езде, т. е. возможность служить транспортным  средством. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в  отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) — летающее устройство. Еще пример: социальная система — строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить  многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой. О системах и подсистемах В качестве еще одного примера системы рассмотрим объект —   персональный компьютер (ПК). На  рисунке приведена схема состава и структуры ПК.         память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD­ROM,  Самое поверхностное описание ПК такое: это система, элементами которой являются системный  блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами? Конечно,  нет. Каждая из этих частей — это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных  элементов. Например, в состав системного блока входят: центральный  процессор, оперативная контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств —  сложная система. Например, центральный      процессор состоит из арифметико­логического  устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более  углубляясь в подробности устройства компьютера. Систему, входящую в состав какой­то другой, более крупной системы, называют подсистемой. Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального  компьютера, а процессор ­ подсистемой системного блока. А можно ли сказать, что какая­то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не  является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка — простая деталь,  поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из  которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую  структуру, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в  вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома,  которые называют элементарными, например электроны, тоже оказались непростыми. Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит  модельный характер, т. е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит  от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее  простой элемент, в других случаях — как подсистема, имеющая свой состав и структуру. О системах в науке и системном подходе Основной смысл исследовательской работы ученого чаще всего заключается в поиске системы в  предмете его исследования. Задача всякой науки — найти системные закономерности в тех объектах и процессах, которые она  изучает. В XVI веке Николай Коперник описал устройство Солнечной системы. Земля и другие планеты  вращаются вокруг Солнца; связаны они в единое целое силами притяжения. Систематизация знаний очень важна для биологии. В XVIII веке шведский ученый Карл Линней  написал книгу под названием «Системы природы». Он сделал первую удачную попытку  классифицировать все известные виды животных и растений, а самое главное, показал взаимосвязь,  т. е. зависимость одних видов от других. Вся живая природа предстала как единая большая система. Но она, в свою очередь, состоит из системы растений, системы животных, т. е. подсистем. А среди животных есть птицы, звери, насекомые и т. д. Всё это тоже  системы. Русский ученый Владимир Иванович Вернадский в 20­х годах XX века создал учение о биосфере.  Под биосферой он понимал систему, включающую в себя весь растительный и животный мир  Земли, человечество, а также их среду обитания: атмосферу, поверхность Земли, мировой океан,  разрабатываемые человеком недра (все это названо активной оболочкой Земли). Все подсистемы  биосферы связаны между собой и зависят друг от друга. Вернадскому же принадлежит идея о  зависимости состояния биосферы от космических процессов, иначе говоря, биосфера является  подсистемой более крупных, космических систем. Если человек хочет быть хорошим специалистом в своем деле, он обязательно должен  обладать системным мышлением, к любой работе проявлять системный подход. Сущность системного подхода: необходимо учитывать все существенные системные связи того  объекта, с которым работаешь. Очень «чувствительным» для всех нас примером необходимости системного подхода является  работа врача. Взявшись лечить какую­то болезнь, какой­то орган, врач не должен забывать о  взаимосвязи этого органа со всем организмом человека, чтобы не получилось, как в поговорке,  «одно лечим, другое калечим». Человеческий организм — очень сложная система, поэтому от  врача требуются большие знания и осторожность. Еще один пример — экология. Слово «экология» происходит от греческих слов «экое» — «дом» и  «логос» — «учение». Эта наука учит людей относиться к окружающей их природе как к  собственному дому. Самой важной задачей экологии сегодня стала защита природы от  разрушительных последствий человеческой деятельности (использования природных ресурсов,  выбросов промышленных отходов и пр.). Со временем люди все больше вмешиваются в природные  процессы. Некоторые вмешательства неопасны, но есть такие, которые могут привести к  катастрофе. Экология пользуется понятием «экологическая система». Это человек с «плодами»  его деятельности (города, транспорт, заводы и пр.) и естественная природа. В идеале в этой  системе должно существовать динамическое равновесие, т. е. те разрушения, которые человек  неизбежно производит в природе, должны успевать компенсироваться естественными природными  процессами или самим человеком. Например, люди, машины, заводы сжигают кислород, а растения  его выделяют. Для равновесия надо, чтобы выделялось кислорода не меньше, чем его сжигается. И если равновесие будет нарушено, то в конце концов  наступит катастрофа в масштабах Земли. В XX веке экологическая катастрофа произошла с Аральским морем в Средней Азии. Люди  бездумно забирали для орошения полей воду из питающих его рек Амударья и Сырдарья.  Количество испаряющейся воды превысило приток, и море стало пересыхать. Сейчас оно  практически погибло и жизнь на его бывших берегах ни для людей, ни для животных и растений  стала невозможной. Вот вам пример отсутствия системного подхода. Деятельность таких  «преобразователей природы» очень опасна. В последнее время появилось понятие «экологическая  грамотность». Вмешиваясь в природу, нельзя быть узким специалистом: только нефтяником,  только химиком и пр. Занимаясь изучением или преобразованием природы, надо видеть в ней систему и прилагать  усилия для того, чтобы не нарушать ее равновесия. V. Итог урока Оценивается работа в классе, называются оценки. VI. Домашнее задание  §1;