phần mở đầu và kết luận, phần nội dung luận văn đƣợc trình bày trong ba chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài Chƣơng 2: Vận dụng lý thuyết hệ thống vào dạy học một số phần kiến thức sinh lý học động vật chƣơng trình sinh học 11 (Ban nâng cao) Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm -6- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1. Cơ sở lý luận về lý thuyết hệ thống 1. Lịch sử ra đời lý thuyết hệ thống Những ngƣời đặt nền tảng cho lý thuyết hệ thống Ludwib von Bertalanffy: Là nhà sinh học ngƣời Áo (1901 – 1972). Ông đề ra tƣ tƣởng “ Lý thuyết hệ thống về cơ thể” vào thập niên 1930, chính thức viết về lý thuyết hệ thống năm 1949 sau đó trở thành cốt lõi cho lý thuyết hệ thống tổng quát.
Năm 1968, ông xuất bản tác phẩm “Lý thuyết hệ thống tổng quát’’ (General system theory) và trở thành cha đẻ của ngành lý thuyết hệ thống. Nobert Wiener: Sinh 1894 tại Mỹ mất 1964 tại Thụy Điển. Ông học ngành Mathematical Philosophy. Năm 1948 trở thành cha đẻ của ngành Điều khiển học Điều khiển học (cybernetics) là khoa học về việc điều khiển, thu thập, truyền và xử lý thông tin, thƣờng bao gồm liên hệ điều chỉnh ngƣợc trong các cơ thể sống, trong máy móc và các tổ chức và các kết hợp của chúng (thí dụ hệ thống kỹ thuật xã hội, các máy móc do máy tính điểu khiển, chẳng hạn robot).Vào khoảng những năm 1940, điều khiển học hiện đại bắt đầu với vai trò một ngành nghiên cứu kết hợp giữa các lĩnh vực hệ thống điều khiển, thần kinh học, lý thuyết mạng điện, và mô hình logic.
Đối tượng nghiên cứu của lý thuyết hệ thống Là những đặc điểm chung nhất của các hệ thống, bất kể là hệ thống kỹ thuật , hệ thống sinh học hay hệ thống xã hội. Các khái niệm cơ bản của khoa học hệ thống. - Hệ thống (System): Tập hợp các phần tử có quan hệ chặt chẽ với nhau tác đông qua lại nhau một cách có quy luật để tạo thành một chỉnh thể, từ đó xuất hiện những thuộc tính mới gọi là tính trồi, đảm bảo thực hiện những -7- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 chức năng nhất định (từng phần tử riêng lẻ không có hoặc có nhƣng chƣa đáng kể) Hay hệ thống là tập hợp các phần tử có liên hệ tƣơng tác nhằm thực hiện một mục tiêu định trƣớc trong môi trƣờng xác định [6, tr.9] - Đơn vị hệ thống, phần tử (System units, elements): Bộ phận của hệ thống các tiểu hệ tƣơng tác một cách hệ thống trong suốt thời gian. Phần tử mang tính độc lập tƣơng đối, thực hiện chức năng nhất định và không thể phân chia đƣợc nữa dƣới góc độ hoạt động của hệ thống.
Để hiểu hệ thống không những hiểu các phần tử trong hệ thống mà còn phải hiểu các mối liên hệ giữa chúng (liên hệ cơ học, liên hệ năng lƣợng, liên hệ thông tin.) - Cấu trúc hay cơ cấu hệ thống (Structure): Là hình thức cấu tạo của hệ thống, phản ánh sự sắp đặt có trật tử của các phân hệ, các phần tử của hệ thống và các quan hệ giữa chúng theo một dấu hiệu nhất định. Mối quan hệ giữa các đơn vị hệ thống với nhau, mẫu dạng/hình thức của các mối quan hệ giữa các thành phần hệ thống. Hiểu cơ cấu hệ thống tức là hiểu biết quy luật sinh ra của các phần tử và các mối quan hệ giữa chúng xét trong không gian, thời gian. - Hành vi của hệ thống: Là tập hợp các đầu ra có thể có của hệ thống trong một khoảng thời gian nhất định.
Về thực chất hành vi của hệ thống chính là cách xử sự tất yếu mà trong mỗi giai đoạn phát triển của mình hệ thống sẽ chọn để thực hiện. - Quỹ đạo của hệ thống: là chuỗi các trạng thái nối hệ thống từ trạng thái đầu về trạng thái cuối (tức mục tiêu) trong một khoảng thời gian nhất định. Nhƣ vậy quỹ đạo vạch ra con đƣờng đi của hệ thống để đến đƣợc mục tiêu. Đối với các tổ chức, quỹ đạo cần phải đƣợc xác định từ chức năng lập kế hoạch.
Thực hiện kế hoạch chính là đƣa tổ chức chuyển dịch từ trạng thái này sang trạng thái khác dọc theo quỹ đạo định trƣớc để đến đƣợc mục tiêu. - Đầu vào (Input): Các loại tác động có thể mà hệ thống nhận đƣợc từ môi -8- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 trƣờng. Nó là sự đóng góp hay kết quả của môi trƣờng hoặc môi trƣờng tiểu hệ thống, tới hệ thống dƣới sự xem xét. - Đầu ra (Output): Kết quả của quá trình hoặc hoạt động của hệ thống.
Là cái phản ứng trở lại từ hệ thống đến với môi trƣờng. Tập hợp những đầu ra của hệ thống gọi là tƣơng tác của hệ thống với môi trƣờng; có thể có nhiều loại tƣơng tác khác nhau nhằm trao đổi năng lƣợng, vật chất, thông tin. - Môi trƣờng (Enviroment): Mọi thứ bên ngoài không thuộc hệ thống đang xét, nhƣng lại có quan hệ, tác động với hệ thống: tác động lên hệ thống và chịu tác động của hệ thống. Những điều kiện và ảnh hƣởng ngoài đến thao tác, bảo trì và thay đổi của hệ thống.
- Phản hồi (Feedback): Thông tin về đầu ra của hệ thống truyền thông trở lại hệ thống. Điều này giúp cho hệ thống tự học từ môi trƣờng hoặc từ môi trƣờng của các tiểu hệ thống. - Mục đích, mục tiêu (Goal, Purpose, Objective): Mục tiêu của hệ thống là trạng thái hệ thống mong đợi, dự định đạt tới, cần có và có thể có sau một thời gian nhất định bằng hoạt động của nó. - Chức năng của hệ thống (Function): Là những nhiệm vụ mà hệ thống phải thực hiện, là khả năng của hệ thống trong việc biến đầu vào thành đầu ra.
Nhƣ vậy chức năng của hệ thống là lý do tồn tại của hệ thống, là khả năng tự biến đổi trạng thái của hệ thống. - Động lực của hệ thống: Những kích thích đủ lớn để gây ra sự biến đổi hành vi của các phần tử hoặc của cả hệ thống. Động lực có 2 loại động lực bên trong và động lực bên ngoài. Động lực bên trong là động lực do chính các phần tử, các phân hệ đƣợc cấu trúc hợp lý tạo ra những hoạt động cùng chiều.
Động lực bên ngoài là lực tác động của môi trƣờng bên ngoài tác động vào. Động lực chủ yếu quyết định sự phát triển của hệ thống là động lực bên trong. - Cơ chế của hệ thống: Phƣơng thức hoạt động hợp với quy luật khách quan -9- LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 vốn có của hệ thống. Cơ chế tồn tại đồng thời với cơ cấu của hệ thống, là điều kiện để cơ cấu phát huy tác dụng đƣa hệ thống đến mục tiêu.
- Nhiễu hệ thống: Những tác động bất lợi từ môi trƣờng hoặc sự rối loạn trong nội bộ hệ thống, làm lệch quỹ đạo hoặc làm chậm sự biến đổi của hệ thống đến mục tiêu. - Entropy: Xu hƣớng của 1 hệ thống để mất năng lƣợng hay thông tin tới môi trƣờng cho những phần để trả lại trạng thái nguyên thuỷ. Xu hƣớng 1 hệ thống để mất tổ chức để quay về trƣớc, khi không bị ngăn trở entropy làm hƣớng về phía cực đại lộn xộn, phá vỡ tổ chức. - Vòng đời:là quá trình vận động của các hệ thống từ lúc xuất hiện hệ thống cho đến lúc hệ thống tiêu vong.
- Tƣơng tác: Trong vòng đời của mình các hệ thống tƣơng tác lẫn nhau. Qua tƣơng tác này, các hệ thống trao đổi nhau với nhau dƣới các dạng hợp khác nhau từ 3 thành phần căn bản là: năng lƣợng, thông tin, vật chất. - Phân loại hệ thống: Tuỳ thuộc vào các dấu hiệu phân loại khác nhau có thể phân chia các hệ thống thành các loại sau đây: + Hệ đóng và hệ mở: theo mức độ quan hệ với môi trƣờng + Hệ đơn giản và hệ phức tạp: là hệ có độ đa dạng nhỏ hay lớn (mức độ quan hệ nội bộ). Các tổ chức bao giờ cũng là hệ phức tạp.
+ Hệ phản xạ đơn hay hệ phản xạ phức tạp: Hệ mà cứ mỗi tác động của môi trƣờng chỉ có một vài cách phản ứng đơn trị, nhất định theo quy luật thì đƣợc gọi là hệ phản xạ đơn. Hệ phản xạ phức tạp là hệ mà trƣớc mỗi tác động của môi trƣờng, các phản ứng của hệ là không lƣờng hết đƣợc và không theo một quy luật nhất định. + Hệ thứ bậc và hệ phi thứ bậc: hệ có cơ cấu phân cấp hay không phân cấp. Cơ cấu của hệ thứ bậc có nhiều cấp khác nhau - cấp trên và một hay nhiều cấp dƣới.
Các tổ chức chính thức thƣờng là những hệ thứ bậc. Có - 10 - LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Chƣơng 1 những tổ chức không phân cấp. Nguyên tắc hoạt động của các tổ chức phi thứ bậc là dựa trên tinh thần hợp tác chứ không dựa trên quyền lực. + Hệ động và hệ tĩnh: Hệ có trạng thái biến đổi theo thời gian là hệ động, ngƣợc lại, hệ có trạng thái không biến đổi theo thời gian đƣợc gọi là hệ tĩnh.
Việc phân chia các hệ thống thành động và tĩnh hoàn toàn mang tính tƣơng đối. Trên thực tế việc chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác của hệ thống bao giờ cũng cần một thời gian nhất định gọi là quá trình chuyển đổi. Nếu quá trình này là đáng kể, hệ thống đƣợc coi là tĩnh. Nếu quá trình chuyển đổi quá ngắn, lúc đó có thể coi hệ thống thay đổi trạng thái một cách tức thời và đƣợc gọi là hệ động.
Ví dụ, cơ cấu tổ chức đƣợc coi là hệ tĩnh trong khi cơ chế là một hệ động. + Hệ điều khiển đƣợc và không điều khiển đƣợc: Hệ điều khiển đƣợc là hệ thống mà trạng thái hoặc hành vi của nó có thể đƣợc định hƣớng tới mục tiêu cho trƣớc. + Hệ tự điều chỉnh và hệ không tự điều chỉnh đƣợc. Khi cơ chế nội tại của hệ thống có khả năng làm cho hệ thống thích nghi đƣợc với những biến đổi của môi trƣờng để giữ cho trạng thái của nó luôn nằm trong một miền giá trị ổn định thì hệ thống đƣợc gọi là hệ tự điều chỉnh.