Окружающий мир как иерархическая система.
Мы живем в макромире,т. е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина, бревно и т. д.), живые (растения, животные, человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т. д.). Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые, в свою очередь, состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром. Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир. Все многообразие объектов мега-, макро- и микромира состоит из вещества, при этом все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Поднятое над поверхностью земли тело обладает механической энергией, нагретый чайник - тепловой, заряженный проводник - электрической, а ядра атомов - атомной. Окружающий мир можно представить в виде иерархического ряда объектов: элементарных частиц, атомов, молекул, макротел, звезд и галактик. При этом на уровнях молекул и макротел в этом иерархическом ряду образуется ответвление - другой ряд, связанный с живой природой. В живой природе также существует иерархия: одноклеточные - растения и животные - популяции животных. Вершиной эволюции жизни на Земле является человек, который не может жить вне общества. Каждый человек в отдельности и общество в целом изучают окружающий мир и накапливают знания, на основании которых создаются искусственные объекты.
Системы и элементы.
Каждый объект состоит из других объектов, т. е. представляет собой систему. Вместе с тем, каждый объект может входить в качестве элемента в систему более высокого структурного уровня. Является ли объект системой или элементом системы, зависит от точки зрения (целей исследования). Учитель: Запишем определение, Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Например, атом водорода можно рассматривать как систему, так как он состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона.
Вместе с тем, атом водорода входит в молекулу воды, т. е. является элементом системы более высокого водорода и молекула структурного уровня.
Целостность системы.
Необходимым условием существования системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных объектов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Например, если сложить в кучу устройства, которые входят в состав компьютера (процессор, модули оперативной памяти, системную плату, жесткий диск, корпус, монитор, клавиатуру и мышь), то они не образуют систему. Компьютер, т. е. целостно функционирующая система, образуется только после физического подключения устройств друг к другу, включения питания и загрузки опе-рационной системы (слайд 4).
Если из системы удалить хотя бы один элемент, то она может перестать функционировать. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, т. е. прекратит свое существование как система. Взаимосвязь элементов в системах может иметь различную природу. В неживой природе взаимосвязь элементов осуществляется с помощью физических взаимодействий:
в системах мегамира (например, в Солнечной системе) элементы взаимодействуют между собой посредством сил всемирного тяготения;
в макротелах происходит электромагнитное взаимодействие между атомами;
в атомах элементарные частицы связаны ядерными и электромагнитными взаимодействиями.
В живой природе целостность организмов обеспечивается химическими взаимодействиями между клетками, в об-ществе - социальными связями и отношениями между людьми, в технике - функциональными связями между устройствами и т. д.
Свойства системы.
Каждая система обладает определенными свойствами, которые, в первую очередь, зависят от набора составляющих ее элементов. Так, свойства химических элементов зависят от строения их атомов. Свойства системы зависят также от структуры системы, т. е. от типа отношений и связей элементов системы между собой. Если системы состоят из одинаковых элементов, но обладают разными структурами, то их свойства могут существенно различаться.
Мы живем в макромире,т. е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина, бревно и т. д.), живые (растения, животные, человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т. д.). Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые, в свою очередь, состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром. Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир. Все многообразие объектов мега-, макро- и микромира состоит из вещества, при этом все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Поднятое над поверхностью земли тело обладает механической энергией, нагретый чайник - тепловой, заряженный проводник - электрической, а ядра атомов - атомной. Окружающий мир можно представить в виде иерархического ряда объектов: элементарных частиц, атомов, молекул, макротел, звезд и галактик. При этом на уровнях молекул и макротел в этом иерархическом ряду образуется ответвление - другой ряд, связанный с живой природой. В живой природе также существует иерархия: одноклеточные - растения и животные - популяции животных. Вершиной эволюции жизни на Земле является человек, который не может жить вне общества. Каждый человек в отдельности и общество в целом изучают окружающий мир и накапливают знания, на основании которых создаются искусственные объекты. Все вышесказанное можно отобразить в виде схемы.
Каждый объект состоит из других объектов, т. е. представляет собой систему. Вместе с тем, каждый объект может входить в качестве элемента в систему более высокого структурного уровня. Является ли объект системой или элементом системы, зависит от точки зрения (целей исследования). Вместе с тем, атом водорода входит в молекулу воды, т. е. является элементом системы более высокого водорода и молекула структурного уровня.
В мире материальных систем существуют определенные иерархии - упорядоченные последовательности соподчинения и усложнения. Они служат эмпирической основой системологии. Все многообразие нашего мира можно представить в виде последовательно возникших иерархий.
Это природная, физико-химико-биологическая (ФХБ) иерархия и возникшая на ее основе социотехническая иерархия (СТ). Объединение систем из разных иерархий приводит к «смешанным» классам систем. Так, объединение систем из физико-химической части иерархии (ФХ - «среда») с живыми системами биологической части иерархии (Б - «биота») приводит к смешанному классу систем, называемых экологическими. Объединение систем из иерархий Б, С («человек») и Т («техника») приводит к классу хозяйственных, или технико-экономических, систем.
Природная иерархия - от элементарных частиц до современной биосферы - отражает ход эволюции материи. Ответвление СТ (социотехническая иерархия) - очень недавнее и кратковременное по вселенскому масштабу времени, но оказывающее сильное влияние на всю суперсистему. Схематически указано воздействие человеческого общества на природу, опосредованное техникой и технологиями (техногенез). Упомянутый ранее холистический подход предполагает рассмотрение совокупности этих ие¬рархий как единой системы.
Классификация систем может быть проведена по различным признакам. Основной является группировка по трем категориям: естественно-научной, технической и социально-экономической. В естественных (биологических) системах место и функции каждого элемента, их взаимодействие и взаимосвязь предопределены природой, а совершенствование этой организации происходит по законам эволюции. В технических системах место и функции каждого механизма, узла и детали предопределены конструктором (технологом), который в процессе эксплуатации совершенствует ее. В социально-экономических системах место, функции и взаимосвязь элементов предопределяются управляющим (менеджером), им же корректируются и поддерживаются.
В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации.
Системы можно классифицировать следующим образом:
Материальные и знаковые;
Простые и сложные;
Естественные и искусственные;
Активные и пассивные;
Открытые и закрытые;
Детерминированные (жесткие) и стохастические (мягкие).
Объективно реальные материальные системы обычно определяются как совокупность объектов, объединенных некоторой формой регулярного взаимодействия или взаимозависимости для выполнения заданной функции (железная дорога, завод и пр.).
Среди систем, созданных человеком, есть и абстрактные, знаковые, чисто информационные системы, являющиеся продуктом познания, - мыслимые, идеальные и модельные системы. Их элементами являются не вещи, а понятия, сущности, взаимодействующие массивы и потоки информации: например, система математических уравнений; система аксиом Эвклида; система множеств; логические системы; система химических элементов; правовая система кодексов, система власти, система целей компании, правила дорожного движения и т.п.; и, конечно, Интернет.
Как правило, организации как системы (например, бизнес-организации и социальные организации) являются конкретными материальными системами, но в своих функциях и поведении содержат некоторые свойства абстрактных систем - систем инструкций, правил, предписаний, законов, учета, счетов и т.п.
За основу классификации систем по сложности разные авторы принимают различные признаки: размер системы, количество связей, сложность поведения системы. На наш взгляд, разделение на простые и сложные системы должно происходить на основании наличия цели и сложности заданной функции.
Простые системы, не имеющие цели и внешнего действия (атом, молекула, кристалл, механически соединенные тела, часовой механизм, термостат и т.п.) - это неживые системы. Сложные системы, имеющие цель и «выполняющие заданную функцию» - это живые системы, или системы, созданные живым: вирус, бактерия, нервная система, многоклеточный организм, сообщество организмов, экологическая система, биосфера, человек и материальные системы, созданные человеком, - механизмы, машины, компьютеры, Интернет, производственные комплексы, хозяйственные системы, глобальная техносфера и, конечно, различные организации.
В отличие от простых систем сложные системы способны к актам поиска, выбора и активного решения. Кроме того, они обязательно обладают памятью. Все это конкретные материальные системы. Они состоят из (или включают некоторое число) материальных элементов. Если взаимодействия между элементами имеют характер сил или переносов вещества, энергии и информации и могут изменяться во времени, мы имеем дело с динамическими системами. Они выполняют функции, относимые к внешней среде, - функции защиты от среды или работы по оптимизации среды, по меньшей мере, одну внешнюю функцию - функцию самосохранения.
Открытая система для достижения целей существенным образом взаимодействует с другими системами. Понятие открытой системы ввел Л. фон Берталанфи. Открытые системы способны обмениваться с внешней средой веществом, энергией и информацией, закрытые системы лишены этой способности. Любая социально-экономическая система принадлежит к классу открытых динамических систем. Именно к открытым динамическим системам применимо понятие самоорганизации.
Системы пытаются классифицировать по степени их организованности, подразумевая при этом структурированность (хорошо структурированные, плохо структурированные, неструктурированные). Позднее была предложена более простая классификация: хорошо организованные и плохо организованные, или диффузные, системы; еще позднее, когда появился класс самоорганизующихся систем, соответственно появилось и разделение их на саморегулирующиеся, самообучающиеся, самонастраивающиеся, самоадаптирующиеся. Но все эти классификации достаточно условны.
Мы живем в макромире, т. е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина и т. д.), живые (растения, животные, сам человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т. д.). Макромир. Гулливер в стране лилипутов
Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир Мегамир. Солнечная система
Молекула воды H атом водорода можно рассматривать как систему, так как он состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона. Вместе с тем, атом водорода входит в молекулу воды, т. е. является элементом системы более высокого водорода и молекула структурного уровня
С ВОЙСТВА СИСТЕМЫ Каждая система обладает определенными свойствами, которые, в первую очередь, зависят от набора составляющих ее элементов. Так, свойства химических элементов зависят от строения их атомов. Свойства системы зависят также от структуры системы, т. е. от типа отношений и связей элементов системы между собой. Если системы состоят из одинаковых элементов, но обладают разными структурами, то их свойства могут существенно различаться.
Микро-, макро- и мегамир. Мы живем в макромире, т.е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина, бревно и т.д.), живые (растения, животные, сам человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т.д.).
Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые в свою очередь состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром.
Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир.
Все многообразие объектов мега-, макро- и микромира состоит из вещества, при этом все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Поднятое над поверхностью земли тело обладает механической энергией, нагретый чайник - тепловой, заряженный проводник - электрической, а ядра атомов - атомной.
Окружающий мир можно представить в виде иерархического ряда объектов: элементарных частиц, атомов, молекул, макротел, звезд и галактик. При этом на уровнях молекул и макротел в этом иерархическом ряду образуется ответвление - другой ряд, связанный с живой природой.
В живой природе также существует иерархия: одноклеточные - растения и животные - популяции животных.
Вершиной эволюции жизни на Земле является человек, который не может жить вне общества.
Каждый человек в отдельности и общество в целом изучают окружающий мир и накапливают знания, на основании которых создаются искусственные объекты.
Рис. 12.1.
Системы и элементы. Каждый объект состоит из других объектов, т.е. представляет собой систему. С другой стороны, каждый объект может входить в качестве элемента в систему более высокого структурного уровня. Является ли объект системой или элементом системы, зависит от точки зрения (целей исследования).
Система состоит из объектов, которые называются элементами системы.
Например, атом водорода можно рассматривать как систему, так как он состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона.
С другой стороны, атом водорода входит в молекулу воды, т.е. является элементом системы более высокого структурного уровня.
Рис. 12.2.
Целостность системы. Необходимым условием существования системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных объектов, а совокупностью взаимосвязанных элементов.
Взаимосвязь элементов в системах может иметь различную природу. В неживой природе взаимосвязь элементов осуществляется с помощью физических взаимодействий:
- ? в системах мегамира (например, в Солнечной системе) элементы взаимодействуют между собой силами всемирного тяготения;
- ? макротелах происходит электромагнитное взаимодействие между атомами;
- ? атомах элементарные частицы связаны ядерными и электромагнитными взаимодействиями.
В живой природе целостность организмов обеспечивается химическими взаимодействиями между клетками, в обществе - социальными связями и отношениями между людьми, в технике - функциональными связями между устройствами и т.д.
Например, если сложить в кучу устройства, которые входят в состав компьютера (монитор, корпус, системную плату, процессор, модули оперативной памяти, жесткий диск, клавиатуру и мышь), то они не образуют систему. Компьютер, т.е. целостно функционирующая система, образуется только после физического подключения устройств друг к другу, включения питания и загрузки операционной системы.
Если из системы удалить хотя бы один элемент, то она может перестать функционировать. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, т.е. прекратит свое существование как система.
Рис. 12.3.
Свойства систем. Каждая система обладает определенными свойствами, которые, в первую очередь, зависят от набора составляющих ее элементов. Так, свойства химических элементов зависят от строения их атомов.
Атом водорода состоит из двух элементарных частиц (протона и электрона), и соответствующий химический элемент является газом.
Атом лития состоит из трех протонов, четырех нейтронов и трех электронов, и соответствующий химический элемент является щелочным металлом.
Рис. 12.4.
Свойства системы зависят также от структуры системы, т.е. от типа отношений и связей элементов системы между собой. Если системы состоят из одинаковых элементов, но обладают разными структурами, то их свойства могут существенно различаться. Например, алмаз, графит и углеродная нанотрубка состоят из одинаковых атомов (атомов углерода), однако способ связей между атомами (кристаллические решетки) существенно различается.
В кристаллической решетке алмаза взаимодействие между атомами очень сильное по всем направлениям, поэтому он является самым твердым веществом на планете и существует в форме кристаллов.
В кристаллической решетке графита атомы размещены слоями, между которыми взаимодействие слабое, поэтому он легко крошится и используется в грифелях карандашей.
Углеродная нанотрубка представляет собой свернутую в цилиндр плоскость кристаллической решетки графита. Нанотрубки очень прочные на разрыв (хотя имеют толщину стенки в один атом углерода). Нить, сделанная из нанотрубок, толщиной с человеческий волос способна удерживать груз в сотни килограмм. Электрические свойства нанотрубок могут меняться, что сделает их одним из основных материалов наноэлектроники.
Рис. 12.5.
Контрольные вопросы и задания
- 1. Приведите примеры систем в окружающем мире.
- 2. Образуют ли систему устройства, из которых состоит компьютер: до сборки? После сборки? После включения компьютера?
- 3. Отчего зависят свойства системы? Приведите примеры систем, состоящих из одних и тех же элементов, но обладающих различными свойствами.
Урок по информатике
"Окружающий мир, как иерархическая система".
Тип урока: изучение новой темы.
Цель урока: сформировать представление об окружающем мире как иерархической системе, для которого можно проводить моделирование.
Задачи:
Обучающая: познакомить учащихся с окружающим миром, сформировать представление о разновидностях иерархической системы;
Развивающая: развитие логического мышления, расширение кругозора, развитие познавательного интереса к уроку;
Воспитательные: воспитание информационной культуры, формирование умения работать в команде, распределять обязанности, воспитание чувства ответственности.
Оборудование: конспект, проектор, интерактивная доска, презентация.
Структура урока:
Организационный момент (1,5 – 2 мин.)
Объяснение новой темы (6,5 – 7 мин.)
Тест на закрепление изученного материала (5 мин.)
Итоги (1,5 – 2 мин.)
Домашнее задание. (1 мин.)
Ход урока.
ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ МОМЕНТ
Здравствуйте ребята. Итак, мы приступим к изучению новой главы моделирование и формализация. Тема - «Окружающий мир как иерархическая система».
ИЗУЧЕНИЕ НОВОГО МАТЕРИАЛА
Мы живем в макромире, т. е. в мире, который состоит из объектов, по своим размерам сравнимых с человеком. Обычно макрообъекты разделяют на неживые (камень, льдина, бревно и т. д.), живые (растения, животные, человек) и искусственные (здания, средства транспорта, станки и механизмы, компьютеры и т. д.). Макрообъекты состоят из молекул и атомов, которые, в свою очередь, состоят из элементарных частиц, размеры которых чрезвычайно малы. Этот мир называется микромиром. Мы живем на планете Земля, которая входит в Солнечную систему, Солнце вместе с сотнями миллионов других звезд образует нашу галактику Млечный Путь, а миллиарды галактик образуют Вселенную. Все эти объекты имеют громадные размеры и образуют мегамир. Все многообразие объектов мега-, макро- и микромира состоит из вещества, при этом все материальные объекты взаимодействуют друг с другом и поэтому обладают энергией. Поднятое над поверхностью земли тело обладает механической энергией, нагретый чайник - тепловой, заряженный проводник - электрической, а ядра атомов - атомной. Окружающий мир можно представить в виде иерархического ряда объектов: элементарных частиц, атомов, молекул, макротел, звезд и галактик. При этом на уровнях молекул и макротел в этом иерархическом ряду образуется ответвление - другой ряд, связанный с живой природой. В живой природе также существует иерархия: одноклеточные - растения и животные - популяции животных. Вершиной эволюции жизни на Земле является человек, который не может жить вне общества. Каждый человек в отдельности и общество в целом изучают окружающий мир и накапливают знания, на основании которых создаются искусственные объекты.
Задание №1. (Слайд 12)
На карточках вам представлен список. Отнести каждое слово в одну из 3-х групп: Микромир, Макромир, Мегамир.
Системы и элементы.
Каждый объект состоит из других объектов, т. е. представляет собой систему. Вместе с тем, каждый объект может входить в качестве элемента в систему более высокого структурного уровня. Является ли объект системой или элементом системы, зависит от точки зрения (целей исследования). Система состоит из объектов, которые называются элементами системы. Например, атом водорода можно рассматривать как систему, так как он состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона.
Вместе с тем, атом водорода входит в молекулу воды, т. е. является элементом системы более высокого водорода и молекула структурного уровня.
Задание 2.
Целостность системы.
Необходимым условием существования системы является ее целостное функционирование. Система является не набором отдельных объектов, а совокупностью взаимосвязанных элементов. Например, если сложить в кучу устройства, которые входят в состав компьютера (процессор, модули оперативной памяти, системную плату, жесткий диск, корпус, монитор, клавиатуру и мышь), то они не образуют систему. Компьютер, т. е. целостно функционирующая система, образуется только после физического подключения устройств друг к другу, включения питания и загрузки операционной системы
Если из системы удалить хотя бы один элемент, то она может перестать функционировать. Так, если удалить одно из устройств компьютера (например, процессор), компьютер выйдет из строя, т. е. прекратит свое существование как система. Взаимосвязь элементов в системах может иметь различную природу. В неживой природе взаимосвязь элементов осуществляется с помощью физических взаимодействий:
в системах мегамира (например, в Солнечной системе) элементы взаимодействуют между собой посредством сил всемирного тяготения;
в макротелах происходит электромагнитное взаимодействие между атомами;
в атомах элементарные частицы связаны ядерными и электромагнитными взаимодействиями.
В живой природе целостность организмов обеспечивается химическими взаимодействиями между клетками, в обществе - социальными связями и отношениями между людьми, в технике - функциональными связями между устройствами и т. д.
Задание 3. На доске вы видите схему, но в ней есть недостающие элементы. Эти элементы записаны на карточке. Вам необходимо вписать слова в пропущенные места, так чтобы схема получилась верной. Сначала выполняете задание на местах, а затем, один участник команды показывает результат на доске.
Человек, атом, знания, популяции, молекулы, растения и животные, звезды и галактики.
ЗАДАНИЕ НА ДОМ
Составить кроссворд «Окружающий Мир как иерархическая система».
