tiếp cận hệ thống trong xây dựng chương trình và hiện đại hóa nội dung dạy học ở trường trung học phổ thông

PGS.TS Dương Tiến Sỹ
Khoa Sinh Trường Đại học sư phạm Hà Nội
Chương 1 - LÝ THUYẾT HỆ THỐNG
1.1. Một số khái niệm cơ bản của lý thuyết hệ thống
1.1.1. Khái niệm hệ thống
1.1.2. Phần tử
1.1.3. Cơ cấu của hệ thống
1.1.4. Môi trường của hệ thống
1.1.5. Chức năng của hệ thống
1.1.6. Ngôn ngữ của hệ thống
1.2. Những nguyên lý của lý thuyết hệ thống
1.3. Phân loại hệ thống
Chương 2 - TIẾP CẬN NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG
2.1. Khái niệm tiếp cận hệ thống
2.2. Tiếp cận nghiên cứu hệ thống
2.2.1. Phương pháp phân tích cấu trúc
2.2.2. Phương pháp tổng hợp hệ thống
2.2.3. Mối quan hệ giữa phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ
thống
2.3. Qui trình nghiên cứu hệ thống
Chương 3 - VẬN DỤNG TIẾP CẬN HỆ THỐNG TRONG DẠY HỌC
SINH HỌC Ở TRƯỜNG PHỔ THÔNG
3.1. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu sinh học các cấp độ
tổ chức sống
3.1.1. Tính hệ thống của sinh giới
3.1.2. Lý thuyết về các cấp độ tổ chức sống
3.1.3. Sự phân chia các cấp độ tổ chức sống
3.2. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong xây dựng CT & SGK sinh học
phổ thông.

3.2.1. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong xây dựng chương trình và SGK
sinh học phổ thông ở một số nước có nền giáo dục tiên tiến:
3.2.1.1. Chương trình và SGK môn sinh học phổ thông của Liên bang
Nga.
3.2.1.2. Chương trình và SGK môn sinh học phổ thông của Mỹ.
3.2.1.3. Chương trình và SGK môn “Các khoa học về sự sống và về trái
đất” của Pháp.
3.2.1.4. Chương trình và SGK môn sinh học phổ thông của Australia.
3.1. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu sinh học
các cấp độ tổ chức sống
3.1.1. Tính hệ thống của sinh giới
3.1.2. Lý thuyết về các cấp độ tổ chức sống
3.1.3. Sự phân chia các cấp độ tổ chức sống
3.2. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong xây dựng chương
trình và SGK sinh học phổ thông.
3.2.1. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong xây dựng chương
trình và SGK sinh học phổ thông ở một số nước có nền
giáo dục tiên tiến:
3.2.1.1. Chương trình và SGK môn sinh học phổ thông của
Liên bang Nga.
3.2.1.2. Chương trình và SGK môn sinh học phổ thông của
Mỹ.
3.2.1.3. Chương trình và SGK môn “Các khoa học về sự
sống và về trái đất” của Pháp.
3.2.1.4. Chương trình và SGK môn sinh học phổ thông của
Australia.
Khái niệm hệ thống:
Khái niệm “hệ thống” đã được Von Bertalanffy xác định như sau: “Hệ thống là một
tổng thể các phần tử có quan hệ, có tương tác với nhau” .
Khái niệm tiếp cận hệ thống

Tiếp cận hệ thống là xem xét một đối tượng nghiên cứu như là một hệ thống lớn
bao gồm những hệ con. Hệ con gồm những hệ nhỏ hơn, giữa các bộ phận trong
một hệ con và giữa các hệ con với nhau cũng như giữa hệ lớn với MT cũng có mối
tương tác xác định. Nhờ mối tương tác này mà hệ thống có những thuộc tính mới,
những chất lượng mới vốn không có ở các bộ phận riêng lẻ, chưa từng có trước đó
và không phải là số cộng các tính chất của các bộ phận (nguyên lý tính trồi -
Emergence). Đó là những chất lượng mới mang tính toàn vẹn hay tính tích hợp của
hệ thống. Toàn hệ thống là một chỉnh thể có khả năng tự điều chỉnh tự thân vận
động và phát triển không ngừng.
Sự thống nhất giữa hai PP phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống đã sản sinh ra
PP tiếp cận hệ thống, trong đó hiểu tiếp cận là cách tiến đến đối tượng, nghiên cứu
đối tượng theo cách như thế nào.
Qui trình nghiên cứu hệ thống
Lịch sử phát triển của khoa học Sinh học gắn liền với lịch
sử phát triển của các quan điểm tư tưởng triết học trong
nghiên cứu SH.
Trước những năm 1960, nền khoa học SH dựa trên quan
điểm tư tưởng giáo điều của Lưxencô, mà hậu quả tai hại của
nó là đã loại trừ ra ngoài những nội dung quan trọng của SH
hiện đại như học thuyết tế bào và di truyền học,… và đã thay
thế nội dung khoa học của học thuyết tiến hoá Đác Uyn bằng
luận điểm cơ giới của La Mác.
Cho đến những năm 1962 - 1965 những quan điểm đó đã
bị phê phán và công khai bác bỏ. Từ đó, có một sự thay đổi
lớn về đường lối triết học trong SH, đó là tư tưởng tiếp cận hệ
thống và tiến hoá sinh giới trong nghiên cứu SH. Tiếp cận hệ
thống và lý thuyết các CĐTCS đã nhìn nhận giới hữu cơ như
một hệ thống lớn trong đó có những hệ thống con luôn vận
động, phát triển và tiến hoá từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái

quyển.
Những nghiên cứu Lí thuyết hệ thống trong triết học và
“Sinh học hệ thống” các CĐTCS trong SH đã khẳng
định: Tiếp cận “Sinh học hệ thống” và quan điểm Sinh
thái, Tiến hoá sinh giới đã trở thành những phương
pháp luận chủ yếu trong nghiên cứu các lĩnh vực của
khoa học sinh học và xây dựng chương trình, hiện đại
hoá nội dung SGK SH ở trường phổ thông, cho phép
thể hiện được vấn đề trung tâm của SH hiện đại. Chỉ khi
nào vận dụng đồng thời tiếp cận “Sinh học hệ thống” và
quan điểm Sinh thái, Tiến hoá sinh giới mới có thể giúp
HS hiểu được những hiện tượng, qui luật và các nguyên
lí tổ chức vật chất sống trong mối quan hệ sinh thái
phức tạp và khăng khít của sinh quyển gắn liền với quá
trình phát sinh, phát triển và tiến hoá của sinh giới một
cách tự nhiên và hiệu quả.
Môi trường

Môi trường

QT B
QT C
QT A
1. Vũ trụ bao gồm các dạng vật chất khác nhau, đều tồn tại
trong những hệ thống xác định luôn vận động và biến đổi
không ngừng theo thời gian và không gian. Trong đó có hệ
thống sinh giới (hệ sống).
2. Các dạng vật chất có thể phân chia thành 2 nhóm cơ bản là:
Vật chất vô sinh và vật chất hữu sinh. Nhóm vật chất hữu

sinh còn gọi là hệ thống sống.
3. Hệ thống sống tồn tại ở các cấp độ tổ chức từ nhỏ đến lớn,
từ cấp độ phân tử đến cấp độ sinh thái quyển. Trong đó, bất
kỳ một hệ thống sống nào cũng bao gồm nhiều hệ thống bé
hơn và là thành phần cấu trúc của một hệ thống lớn hơn.
4. Mỗi hệ thống sống đều có cấu trúc và chức năng xác định,
trong đó các thành phần cấu trúc của một hệ thống luôn luôn
có mối quan hệ tương tác lẫn nhau và với MT của nó thông
qua quá trình trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin.
Theo tiếp cận hệ thống và dựa vào kết quả nghiên cứu của nhiều
lĩnh vực trong khoa học Sinh học. Sinh học hệ thống có thể xác
định tính hệ thống của sinh giới tồn tại một cách khách quan với
các nội dung cơ bản như sau:
5. Trong quá trình trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin với
MT của nó, các hệ thống sống luôn luôn ở trạng thái cân bằng
và có đặc điểm là một hệ thống mở. Tách khỏi môi trường đó,
các hệ sống không tồn tại được.
6. Thông qua mối quan hệ tương hỗ giữa các yếu tố cấu trúc của
hệ thống với nhau và với MT; các hệ thống sống biểu hiện
những đặc điểm riêng biệt của mình về cấu trúc, phương thức
trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin làm xuất hiện các
đặc trưng nổi bật của hệ thống được gọi là tính trồi
(Emergence) của hệ thống.
7. Các đặc trưng về tính trồi của một hệ thống sống luôn luôn
được duy trì nhờ quá trình tự điều chỉnh về thành phần cấu
trúc, về tốc độ trao đổi chất và năng lượng của hệ thống với
MT vì môi trường của các hệ sống thường xuyên biến đổi, nhờ
vậy hệ thống tương đối ổn định trong một thời gian nhất định
và được gọi là trạng thái cân bằng sinh thái của hệ thống.
8. Trạng thái cân bằng sinh thái của hệ thống là trạng thái cân

bằng động.
Sinh thái học là khoa học nghiên cứu về quan hệ tương
hỗ giữa sinh vật với sinh vật và giữa sinh vật với môi
trường.
Như vậy, đối tượng nghiên cứu của Sinh thái học là mối
quan hệ tương hỗ giữa sinh vật với sinh vật và giữa sinh
vật với môi trường.
Thuật ngữ Sinh thái học - Ecology (bắt nguồn từ chữ Hi
Lạp Oikos là nhà, nơi ở và logos mang nghĩa "môn khoa
học") được Ernst Heckel người Đức đề xướng vào năm
1866.
Sinh học hệ thống do Ludwig von Bertalanffy người Áo đề xướng vào
năm 1940 với “Lý thuyết các hệ thống chung” (general systems theory).
Tiếp đó, nhiều nhà triết học và Sinh học Xô Viết (cũ) đã nghiên cứu về
“Thuyết hệ thống đại cương” và vận dụng quan điểm hệ thống vào nghiên
cứu sự sống, từ đó đưa ra khái niệm “Hệ thống sống” (Biological
systems) là hệ mở có tổ chức cao.
Sinh học hệ thống (Systems biology) là khoa học nghiên cứu mối tương
tác phức tạp giữa các thành phần cấu trúc của các hệ thống sống
(Biological systems) và những tương tác này sẽ đưa đến những chức
năng của hệ thống sống đó.
Sinh học hệ thống là một lĩnh vực nghiên cứu sinh học khá mới mẻ. Năm
2000, Viện Sinh học hệ thống (Institutes of Systems Biology) được thành
lập ở 2 thành phố Seattle (Mỹ) và Tokyo (Nhật). Ngày nay, đang rất phát
triển ở nhiều nước khác.
Như vậy, đối tượng nghiên cứu của Sinh học hệ thống là các hệ thống
sống. Mục tiêu cuối cùng của Sinh học hệ thống là mô hình hóa cách thức
hoạt động của các hệ thống sống ở các CĐTCS khác nhau từ cấp độ
Phân tử đến Sinh thái quyển. Do đó, cần phân biệt hai khái niệm: “Sinh

học hệ thống” và “Hệ thống sống”.
Như vậy, đối tượng nghiên cứu của Sinh học hệ thống
rộng hơn đối tượng nghiên cứu của Sinh thái học vì:
Sinh học hệ thống nghiên cứu các hệ thống sống ở các
CĐTCS khác nhau từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái
quyển. Sinh học hệ thống là một khoa học liên quan đến
nhiều ngành hơn là một lĩnh vực đơn lẻ.
Sinh thái học (Ecology) là khoa học nghiên cứu về
quan hệ tương hỗ giữa sinh vật với sinh vật và giữa sinh
vật với môi trường.
Sinh học hệ thống (Systems biology) là khoa học nghiên
cứu mối tương tác phức tạp giữa các thành phần cấu trúc
của các hệ thống sống (Biological systems) và những
tương tác này sẽ đưa đến những chức năng của hệ thống
sống đó.
Quan điểm tiếp cận hệ thống trong SH dẫn tới Lý thuyết về các CĐTCS.
Theo lý thuyết này, vật chất sống được tổ chức thành nhiều cấp, mỗi cấp là một
hệ thống sống phức tạp, có những mối quan hệ tương tác trong nội bộ hệ thống
và tương tác giữa các hệ thống khác ở cấp cao hơn và thấp hơn nó.
Sinh giới tồn tại với nhiều cơ cấu hệ thống khác nhau, đan xen với nhau
trong các mối quan hệ chằng chịt và có hiện tượng chồng chất cơ cấu. Ví dụ: có
nhiều cơ cấu hệ thống như hệ thống thực vật, hệ thống động vật, hệ thống vi
sinh vật v.v và có hiện tượng chồng chất cơ cấu, ví dụ như xét một cá thể sinh
vật thì bản thân nó là một hệ thống của các cơ quan và hệ cơ quan, nhưng nó
lại là bộ phận của một loài (hệ thống phân loại), hoặc là bộ phận của một quần
thể. Việc phân chia các hệ thống khác nhau như vậy là do các cách tiếp cận
khác nhau tùy theo mục đích nghiên cứu.
SH ở thế kỷ XVII mới chỉ nghiên cứu sinh vật ở cấp độ cơ thể. Sau này
cùng với sự phát triển của các ngành khoa học, SH được nghiên cứu ở cấp độ

vi mô (dưới cơ thể) và ở cấp độ vĩ mô (trên cơ thể).
Hiện nay, trong lịch sử triết học cũng như trong SH còn đang có nhiều tranh
luận về tiêu chuẩn phân loại và số lượng các CĐTCS.
1.K.M.Zavatxki (1961), chia các Hệ
thống sống thành 5 cấp: cơ thể -> quần
thể -> quần xã -> khu hệ -> sinh quyển.
2.H.N.Lavorenco (1961), đề nghị
ghép cấp thứ 4 và cấp thứ 5: khu hệ và
sinh quyển thành đệm sinh vật.
Đã có nhiều nghiên cứu của các tác giả trên thế giới tìm cách
phân chia và xác định số lượng các CĐTCS như sau:
3.E.P.Ođum (1975) phân chia các Hệ
thống sống thành 6 cấp:
 E.P.Ođum xem QX như là một
thành phần của HST, cho nên các
thuật ngữ: Quần xã (biome) và Hệ
sinh thái (ecosystem) tương đương
với các thuật ngữ “quần lạc”
(biocenose) và “sinh địa quần lạc”
(biogeocenose) như quan niệm của
các tác giả ở châu Âu và Liên Xô
(cũ).
4.Các tác giả A.V.Iablocov và
A.G.Iusufov (1989) chia các Hệ thống
sống thành 4 cấp độ: phân tử – di truyền
-> phát sinh cá thể -> quần thể -> sinh địa
quần lạc.
 Các tác giả này cho rằng: Việc phân
chia thành các CĐTCS chỉ là để thuận lợi
cho việc nghiên cứu, mà vấn đề cơ bản là

mỗi CĐTCS có cấu trúc cơ sở và hoạt
động đặc trưng của nó.
5.Campbell, trong cuốn Sinh học
(xuất bản lần thứ 8 năm 2008 trang
4 - 5), phân chia các Hệ thống sống
thành 10 cấp độ:
Sinh quyển -> Hệ sinh thái ->
Quần xã -> Quần thể -> Cá thể sinh
vật -> cơ quan và hệ cơ quan -> Mô
-> Tế bào -> Bào quan -> Phân tử.