ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN LIÊU
DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG TIẾP CẬN HỆ THỐNG
CHƯƠNG IV: SINH SẢN,
SINH HỌC 11 – TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC
HÀ NỘI – 2015
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN LIÊU
DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG TIẾP CẬN HỆ THỐNG
CHƯƠNG IV: SINH SẢN,
SINH HỌC 11 – TRUNG HỌC PHỔ THÔNG
LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC
CHUYÊN NGÀNH LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
(BỘ MÔN SINH HỌC)
Mã số:
60 14 01 11
Cán bộ hướng dẫn: PGS. TS. Mai Văn Hưng
HÀ NỘI –2015
i
LỜI CÁM ƠN
Để hoàn thành luận văn này tôi xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường,
các thầy cô trong phòng đào tạo và các thầy cô giáo bộ môn, trường đại học
Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình giúp đỡ, tạo điều kiện, giảng
dạy và đóng góp nhiều ý kiến, kinh nghiệm quý báu cho tôi trong thời gian
học tập và nghiên cứu tại trường.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS. Mai Văn
Hưng - người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn và giúp đỡ em suốt trong quá
trình nghiên cứu đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo cùng toàn thể các em học
sinh trường THPT Nguyễn Khuyến đã tạo mọi điều kiện, nhiệt tình giúp đỡ
em trong suốt thời gian nghiên cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đồng môn đã có những ý
kiến góp ý cho tôi hoàn chỉnh luận văn, ủng hộ tôi về mặt tinh thần và tạo
điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt nghiệp.
Dù đã có nhiều cố gắng, nhưng do điều kiện có hạn, luận văn sẽ không
tránh khỏi những thiếu sót. Tôi rất mong được sự góp ý, chỉ dẫn của các thầy,
cô giáo và các bạn.
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
Tác giả
Nguyễn Liêu
ii
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Đọc là
TCS Tổ chức sống
CĐTCS Cấp độ tổ chức sống
CT – HT Cấu trúc – hệ thống
TCHT Tiếp cận hệ thống
ĐC Đối chứng
TN Thực nghiệm
ĐV Động vật
TV Thực vật
HS Học sinh
GV Giáo viên
PTCS Phổ thông cơ sở
PTTH Phổ thông trung học
THPT Trung học phổ thông
SGK Sách giáo khoa
SS Sinh sản
SSVT Sinh sản vô tính
SSHT Sinh sản hữu tính
SH Sinh học
iii
MỤC LỤC
Trang
LỜI CÁM ƠN i
DANH MỤC KÍ HIỆU VIẾT TẮT ii
DANH MỤC BẢNG v
DANH MỤC HÌNH vi
MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 4
1.1. Lịch sử nghiên cứu 4
1.1.1. Trên thế giới 4
1.1.2. Trong nước 5
1.2. Cơ sở lí luận 7
1.2.1. Một số khái niệm 7
1.2.2. Nguyên tắc dạy học theo định hướng tiếp cận hệ thống 15
1.2.3. Mối quan hệ giữa Sinh học và lí thuyết hệ thống 15
1.2.4. Ý nghĩa của dạy học Sinh học theo định hướng TCHT 20
1.3. Cơ sở thực tiễn 22
1.3.1. Thực trạng dạy học theo định hướng TCHT ở trường THPT 22
1.3.2. Thực trạng vận dụng tiếp cận hệ thống trong dạy học Sinh học cơ thể 24
CHƯƠNG 2. DẠY HỌC ĐỊNH HƯỚNG TIẾP CẬN HỆ THỐNG
CHƯƠNG IV. SINH SẢN, SINH HỌC 11 - THPT 28
2.1. Phân tích cấu trúc, nội dung chương trình và SGK Sinh học 11 28
2.1.1. Cấu trúc chương trình Sinh học THPT 28
2.1.2. Nội dung chương trình và sách giáo khoa Sinh học 11 30
2.1.3. Phân tích cấu trúc và nội dung chương IV. Sinh sản, Sinh học 11 -
THPT 39
2.2. Tổ chức bài học sử dụng tiếp cận hệ thống chương IV: Sinh sản 40
2.2.1 Con đường logic tổ chức dạy học theo định hướng TCHT 40
2.2.2. Quy trình dạy học theo định hướng TCHT 41
iv
2.3.Thiết kế giáo án giảng dạy nội dung chương IV theo định hướng TCHT 44
CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 57
3.1. Mục đích thực nghiệm 57
3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm 57
3.3. Nội dung thực nghiệm sư phạm 57
3.4. Phương pháp TNSP 57
3.4.1. Chọn trường thực nghiệm 57
3.4.2. Chọn học sinh thực nghiệm 58
3.4.3. Chọn giáo viên dạy thực nghiệm 58
3.4.4. Phương án thực nghiệm 58
3.5. Kết quả thực nghiệm sư phạm 58
3.5.1. Kết quả định lượng 64
3.5.2. Phân tích định tính 69
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 72
KẾT LUẬN 72
KHUYẾN NGHỊ 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO 74
PHỤ LỤC 76
v
DANH MỤC BẢNG
Trang
Bảng 1.2. Kết quả điều tra thực trạng dạy học TCHT ở trường THPT 22
Bảng 1.3. Kết quả khảo sát dành cho GV về thực trạng vận dụng TCHT trong
dạy học sinh học cơ thể 25
Bảng 2.1 Chuẩn kiến thức và kĩ năng của chương trình Sinh học cơ thể 30
Bảng 2.2. Bảng nội dung chương IV. Sinh sản phân chia định hướng TCHT 39
Bảng 3.1. Thống kê điểm các bài kiểm tra trong TN 62
Bảng 3.2. Bảng so sánh các tham số đặc trưng giữa các lớp ĐC và TN 63
của 2 bài kiểm tra. 63
Bảng 3.4. Tần suất điểm bài kiểm tra trong TN lần 2 64
Bảng 3.5. Kiểm định
X
điểm các bài kiểm tra trong TN lần1 65
Bảng 3.6. Kiểm định
X
điểm các bài kiểm tra trong TN lần 2 65
Bảng 3.7. Phân tích phương sai kết quả kiểm tra trong TN lần 1 66
Bảng 3.8 Phân tích phương sai kết quả kiểm tra trong TN lần 2 67
Bảng 3.9. Tần suất điểm bài kiểm tra độ bền kiến thức sau TN 68
vi
DANH MỤC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Các thành tố của hệ thống sống 19
Hình 1.2. Mối quan hệ giữa hệ thống và môi trường 21
Hình 2.1. Sơ đồ quy trình thiết kế giáo án dạy học đinh hướng TCHT 43
Hình 3.1. Đồ thị điểm trung bình các bài kiểm tra 62
Hình 3.2. Đồ thị tần suất điểm các bài kiểm tra trong TN lần 1 63
Hình 3.3. Đồ thị tần suất điểm các bài kiểm tra trong TN lần 2 64
Hình 3.4. Đồ thị tần suất các bài kiểm tra độ bền kiến thức 69
1
MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài
Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học: Thế kỉ 21 là thế kỉ
của Sinh học. Khoa học công nghệ phát triển rất nhanh dẫn đến lượng tri thức
khổng lồ được khám phá. Vì vậy, con người Việt Nam cần được trang bị
phương thức để có thể tiếp nhận các tri thức mới một cách nhanh chóng và
hòa nhập với thế giới. Để làm được điều đó Việt Nam đang tiến hành đổi mới
trên nhiều phương diện. Đặc biệt là nhu cầu đổi mới phương pháp dạy học
nhằm giúp học sinh rèn luyện phương pháp học và chủ động, tích cực tiếp thu
kiến thức mới, hình thành năng lực bản thân để tạo ra nguồn nhân lực chất
lượng cao.
Xuất phát từ lí thuyết hệ thống thể hiện trong cấu trúc chương trình Sinh
học THPT: Ðối tượng nghiên cứu của sinh học là hệ sống với nhiều cấp,
tương đối phức tạp đòi hỏi phải có sự tổng hợp để nghiên cứu sự tác động qua
lại của các đối tượng nghiên cứu.Từ tổng thể, qua phân tích để nắm chi tiết
các bộ phận, sau đó tổng hợp một cách sâu sắc. Trong phân tích bao gồm hai
khái niệm: thành phần và cấu tạo. Trong tổng hợp bao gồm hai khái niệm: hệ
thống và cấu trúc. Cấu trúc hệ thống là sự kết hợp phân tích và tổng hợp trong
nghiên cứu đối tượng, sự vật, xem đối tượng nghiên cứu là hệ phức tạp có sự
tượng tác với nhau và đặc biệt là hệ sống thì có sự tương tác với môi trường.
Xuất phát từ nội dung, chương trình sách giáo khoa Sinh học 11:
Chương trình Sinh học lớp 11 đề cập tới các nguyên lí cơ bản ở cấp độ cơ thể
của cơ thể động vật và cơ thể thực vật: chuyển hóa vật chất và năng lượng,
cảm ứng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản. Tuy nhiên, những nội dung này
được trình bày trong sách giáo khoa lần lượt từ thực vật đến động vật. Điều
này dễ dẫn đến giáo viên soạn bài theo sách giáo khoa sẽ làm cho học sinh
khó khái quát được tính hệ thống của hệ thống sinh học.
2
Chính từ những lí do trên, chúng tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Dạy
học theo định hướng tiếp cận hệ thống chương IV: Sinh sản, Sinh học 11 -
THPT”.
2. Mục đích nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận của việc dạy học theo định hướng TCHT Sinh
học 11.
- Xác định thực trạng dạy học TCHT ở trường THPT
- Xây dựng quy trình thiết kế giáo án dạy học theo định hướng TCHT
- Đánh giá hiệu quả của dạy học theo định hướng TCHT chương IV:
Sinh sản, Sinh học 11 - THPT
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Hệ thống hóa các cơ sở lí luận của dạy học theo định hướng TCHT
- Khảo sát thực trạng dạy học theo định hướng TCHT Sinh học 11 ở
trường THPT.
- Xây dựng quy trình và áp dụng vào thiết kế một số giáo án dạy học
theo định hướng TCHT chương IV: Sinh sản, Sinh học 11.
- Thực nghiệm sư phạm để đánh giá hiệu qủa của đề tài.
4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu
- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học Sinh học 11
- Đối tượng nghiên cứu: Dạy học theo định hướng TCHT chương IV:
Sinh sản, Sinh học 11 - THPT
5. Phạm vi nghiên cứu
Chương IV: Sinh sản, Sinh học 11 - THPT
6. Giả thuyết khoa học
Dạy học Sinh học theo định hướng TCHT giúp học sinh hệ thống hóa,
khái quát hóa được các nguyên lí, các quy luật chung ở cấp độ cơ thể.
7. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: nghiên cứu các tài liệu về tiếp cận
hệ thống, hệ thống sinh học và các tài liệu về sinh sản của sinh vật.
3
- Phương pháp điều tra, khảo sát: thu thập thông tin thực tế liên quan
đến quá trình dạy học Sinh học 11– THPT nói chung và dạy học chương IV:
Sinh sản, Sinh học 11 nói riêng ở trường THPT.
- Phương pháp thực nghiệm: sử dụng giáo án đã soạn theo định hướng
TCHT chương IV. Sinh sản, Sinh học 11 – THPT vào dạy học nhằm kiểm tra
hiệu quả của đề tài.
8. Những đóng góp mới của đề tài
- Hệ thống hóa được cơ sở lí luận về việc dạy học theo định hướng
TCHT chương IV: Sinh sản, Sinh học 11 - THPT.
- Xây dựng được qui trình thiết kế giáo án dạy học theo định hướng
TCHT.
9. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ
lục, luận văn được trình bày trong 3 chương:
Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài
Chương 2. Dạy học theo định hướng tiếp cận hệ thống chương IV: Sinh
sản, Sinh học 11 - THPT
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
4
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI
1.1. Lịch sử vấn đề nghiên cứu
1.1.1. Trên thế giới
K.Marx và S.Darwin là những người có công lao to lớn và thành công
trong việc vận dụng phương pháp tiếp cận hệ thống vào nghiên cứu các đối
tượng phức tạp về xã hội và tự nhiên. Tập “Tư bản” của K.Marx được coi là
mẫu mực kinh điển nghiên cứu hệ thống xã hội tư bản như là một chỉnh thể
và các lĩnh vực khác nhau của đời sống xã hội, thể hiện trong đó các nguyên
lý nghiên cứu sự toàn vẹn hữu cơ (bắt nguồn từ trừu tượng đến cụ thể, sự
thống nhất của phân tích và tổng hợp, làm sáng tỏ những mối liên hệ đa dạng
và sự tương tác giữa chúng, sự tổng hợp những hiểu biết cấu trúc - chức
phận ). S.Darwin không chỉ là người đã sử dụng phương pháp tiếp cận phát
triể n lịch sử nghiên cứu giới tự nhiên mà còn là người đầu tiên đưa ra quan
niệm về sự tồn tại và biến đổi của “loài sinh học” - vừa là đơn vị tiến hóa SH,
vừa là một cấp độ tồn tại độc lập của hệ thống sinh giới. Điều đó có nghĩa là
chính Darwin đã sử dụng tiếp cận hệ thống trong nghiên cứu khoa học, tạo
tiến đề cho sự hình thành lý thuyết hệ thống như một khoa học mà về sau
người có công đầu là nhà SH Mỹ Ludwig von Bertalanffy.
Lý thuyết hệ thống được đề xướng năm 1940 bởi Ludwig von
Bertalanffy và bắt nguồn từ Ross Ashby. Ngay từ buổi đầu hình thành lý
thuyết tổng quát về hệ thống, bằng trực cảm và bằng thực nghiệm, các nhà
sáng lập như Bertalanffy, Ashby đã đưa ra một hệ thống các quan niệm và
các vấn đề cơ bản như tính toàn thể, tính trội, tính mở của các hệ thống;
hành vi hướng đích và cơ chế phản hồi, tính nội cân bằng, tính tổ chức và tính
nội tổ chức của các hệ thống [17]. Với “Lý thuyết những hệ thống chung -
General Systems Theory” (1968), Ludwig von Bertalanffy được xem là người
đi đầu trong việc vận dụng tiếp cận hệ thống, đã đưa ra quan niệm về các cấp
5
hệ trên thế giới phát triển hoàn thiện thành lý thuyết về các cấp tổ chức sống.
Và trong SH hiện đại, người ta vận dụng đồng thời hai tiếp cận nghiên cứu là
phương pháp phát triển lịch sử và phương pháp CT - HT để nghiên cứu các
hiện tượng, các quá trình sống, từ đó phát hiện ra các quy luật của sự sống.
Vào những năm 2000, nhân loại chứng kiến sự xuất hiện trước tiên tại Mỹ và
Nhật một ngành SH non trẻ là SHHT.
Ngày nay, người ta sử dụng các khái niệm có nội hàm gần nhau là “tiếp
cận cấu trúc - hệ thống sinh học”, “tiếp cận các cấp độ sự sống” hay “tiếp cận
sinh học hệ thống”.
Tiếp cận CT-HT SH sau khi chính thức ra đời và trở thành phương pháp
nghiên cứu SH thì từ những năm 60 thế kỷ trước đã được các nhà sư phạm
tìm cách vận dụng, phối hợp với quan điểm tiến hóa sinh giới đã trở thành
quan điểm chỉ đạo để xây dựng nội dung và logic của chương trình SH Phổ
thông.
1.1.2. Trong nước
Chương trình SH phổ thông đổi mới của nước ta được thực nghiệm từ
năm học 2000 - 2001, áp dụng đại trà từ năm học 2001 – 2002 (ở cấp PTCS)
và từ năm học 2006 - 2007 (ở cấp PTTH) là một tiến bộ rất quan trọng trong
nền giáo dục nước ta. Chương trình đã được xây dựng trên quan điểm sinh
thái và tiến hoá, các kiến thức SH được trình bày theo các CĐTCS từ các hệ
nhỏ đến các hệ lớn.
Một hướng nghiên cứu tiếp theo là căn cứ vào chương trình, SGK đã
được xây dựng theo các tiếp cận nêu trên nghiên cứu tìm ra những giải pháp
để thể hiện các tiếp cận trên vào thực tiễn dạy học môn học.
Năm 1999, trong luận án tiến sĩ khoa học giáo dục “Giáo dục môi trường
qua dạy học Sinh thái học lớp 11 phổ thông trung học”, tác giả Dương Tiến
Sỹ đã vận dụng tiếp cận CT-HT vào việc phân tích nội dung, xây dựng các
nguyên tắc tích hợp giáo dục môi trường qua dạy học Sinh thái học ở toàn
chương trình và từng bài học, từng khái nhiệm cụ thể theo hướng phát huy
6
tính tích cực của HS, từ đó cho phép tích hợp hữu cơ giữa dạy học Sinh thái
học với giáo dục môi trường [22].
Tác giả Dương Tiến Sỹ trong bài viết “Quán triệt tư tưởng cấu trúc - hệ
thống và tư tưởng tiến hoá sinh giới trong dạy học sinh học ở trường phổ
thông” (2006) đã cho rằng việc quán triệt đầy đủ và vận dụng đồng thời hai
tư tưởng CT-HT và tư tưởng tiến hoá sinh giới trong quá trình dạy học SH
cho phép dễ dàng phân tích nội dung SH về các CĐTCS, khắc phục được sự
tách rời giữa cấu trúc và chức năng, giữa cấu trúc - chức năng với môi
trường. Từ đó giúp cho việc xác định các phương pháp, phương tiện dạy học
theo hướng tích cực hoá hoạt động của HS. Khi tổ chức cho HS nghiên cứu
mỗi CĐTCS dù đơn giản hay phức tạp đều phải tuân thủ theo các nguyên tắc
chính là nguyên tắc tổ chức, nguyên tắc hệ thống, nguyên tắc hoạt động. Quá
trình dạy học SH về các CĐTCS theo tư tưởng CT-HT và tư tưởng tiến hoá
được tiến hành theo hướng tổng - phân - hợp [23].
Trong luận án Tiến sĩ giáo dục học “Vận dụng tiếp cận hệ thống trong
dạy học sinh học cơ thể lớp 11 THPT phân ban” (2009) của tác giả Nguyễn
Thị Nghĩa đã vận dụng tiếp cận hệ thống định hướng tổ chức hoạt động nhận
thức của HS bằng gia công tài liệu SH chuyên khoa TV, ĐV theo logic tổng -
phân - hợp để cuối cùng khái quát hoá, trừu tượng hoá, hình thành các khái
niệm đại cương về SH cấp độ cơ thể. Tác giả luận án cũng đã xây dựng được
ba con đường logic tổ chức dạy học SH cơ thể phù hợp với cách biên soạn
nội dung từng chương của SGK, năng lực của GV và trình độ của HS, giúp
HS đối chiếu, so sánh tìm các dấu hiệu tương đồng về bản chất SH, hình
thành các khái niệm SH đại cương cấp độ cơ thể [17].
Như vậy, các công trình trên mới khai thác theo cách phân tích từng
quan điểm chỉ đạo trong chương trình Sinh học phổ thông như quan điểm sinh
thái, quan điểm các cấp tổ chức sống để nghiên cứu ứng dụng vào thực tiễn
dạy học. Đề tài nghiên cứu của chúng tôi mạnh dạn định hướng theo hướng
7
này. Tuy nhiên đề tài chỉ vận dụng vào một phần nội dung cụ thể là chương
IV: Sinh sản, Sinh học 11.
1.2. Cơ sở lí luận
1.2.1. Một số khái niệm
1.2.1.1. Khái niệm hệ thống
a) Khái niệm về hệ thống
Nhà sinh vật học L. Von Bertalanffy đã định nghĩa: “Hệ thống là một
tổng thể duy trì sự sự tồn tại bằng sự tương tác giữa các tổ phần tạo nên nó”.
Theo Miler thì “hệ thống là tập hợp các yếu tố cùng với những mối quan hệ
tương tác giữa chúng với nhau”.[3]
Theo từ điển tiếng Việt thì “Hệ thống là tập hợp nhiều yếu tố, đơn vị
cùng loại hoặc cùng chức năng có quan hệ với nhau chặt chẽ làm thành một
thể thống nhất”.[19]
Trong cuốn “Dạy học Sinh học theo hướng tiếp cận hệ thống”, Đinh
Quang Báo và Nguyễn Thị Nghĩa định nghĩa: “Hệ thống là một tập hợp các
phần tử có mối quan hệ, tác động tương hỗ theo những quy luật nhất định trở
thành một chỉnh thể, qua đó làm xuất hiện những thuộc tính mới của hệ thống
vốn không có khi những yếu tố đứng riêng lẻ.”[3]
Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về hệ thống, những định nghĩa đó
đều có những điểm chung: "Hệ thống" là một tập hợp các phần tử có mối
quan hệ, tác động tương hỗ theo những quy luật nhất định trở thành một
chỉnh thể, qua đó làm xuất hiện những thuộc tính mới của hệ thống vốn
không có khi những yếu tố đó đứng riêng lẻ.
Mỗi phần tử cấu thành hệ thống, có tính độc lập tương đối. Một hệ
thống gồm nhiều phần tử, phần tử là đơn vị cấu trúc và đơn vị chức năng của
hệ thống. Ví dụ, nếu coi cơ thể động vật là một hệ thống thì các hệ cơ quan,
các cơ quan, các mô, các tế bào là phần tử của hệ thống cơ thể ở các cấp độ
khác nhau. Mỗi hệ thống có thể gồm nhiều hệ thống nhỏ hơn. Khi đó mỗi hệ
thống nhỏ là thành tố của hệ thống lớn hơn tương ứng. Mỗi hệ thống vừa là
8
hệ thống, đồng thời lại vừa là yếu tố của một hệ thống khác có cấp độ rộng
lớn hơn. Mỗi yếu tố vừa là yếu tố, đồng thời lại vừa là hệ thống của các yếu
tố khác có cấp độ hẹp hơn. Qua đó có thể thấy hệ thống là tập hợp nhiều yếu
tố, đơn vị cùng loại hoặc cùng chức năng có quan hệ với nhau chặt chẽ làm
thành một thể thống nhất; làm cho lớp sự vật hiện tượng trở nên có hệ thống,
là biện pháp sắp xếp một cách logic các yếu tố, các nội dung thông tin về các
đối tượng, hiện tượng nghiên cứu; chúng được chỉnh thể hóa theo một quan
điểm nhất định nhờ đó phản ánh được đầy đủ đặc điểm bản chất về đối tượng
đó.
Như vậy có thể khái quát về hệ thống là: Hệ thống là một tập hợp nhiều
yếu tố có mối quan hệ tác động qua lại với nhau tạo thành một chỉnh thể gồm
những đặc tính nổi trội mang tính đặc trưng cho hệ thống.
b) Khái niệm hệ thống sống
Thế giới sống vô cùng đa dạng, SH xem tế bào, cơ thể, quần thể, quần
xã, hệ sinh thái, sinh quyển là những hệ thống sống ở các cấp độ khác nhau.
Hệ thống sống khác với hệ thống vô sinh ở những đặc điểm chủ yếu là có
tính tổ chức cao, trao đổi chất, sinh trưởng và phát triển, sinh sản và cảm ứng.
Hệ thống sống là hệ mở, tự điều chỉnh, cân bằng động bảo đảm thích
ứng với môi trường và hệ liên tục tiến hoá.
Hệ thống sống là hệ mở, có tính tổ chức cao, đặc tính này của hệ sống
vừa là đặc điểm phân biệt với hệ vô cơ nhưng đồng thời cũng là cơ sở để hiểu
được các đặc tính khác của hệ sống như chuyển hoá vật chất và năng lượng,
sinh trưởng và phát triển, sinh sản, cảm ứng.
Hệ thống sống gồm nhiều yếu tố thành phần cấu tạo nên, khi một yếu tố
thành phần bị tổn thương thì có thể dẫn đến hệ thống bị phá huỷ[17].
Hệ thống sống có khả năng tự điều chỉnh, duy trì sự cân bằng. Nếu mất
cân bằng nội môi sẽ dẫn đến rối loạn hoạt động của các thành phần cấu trúc
bên trong, làm cho hệ tổn thương, thậm chí bị huỷ diệt. Trong hệ thống sống,
entropi có xu hướng giảm, độ trật tự của hệ được tăng cao, lượng thông tin
9
của hệ ngày càng tăng, vì vậy mà hệ sống tồn tại và phát triển. Tuy nhiên, sự
tự điều chỉnh của các hệ sống có giới hạn nhất định, nếu sự thay đổi vượt quá
giới hạn các hệ sống sẽ mất khả năng tự điều chỉnh[17].
Hệ thống sống có tổ chức phức tạp gồm nhiều cấp độ lệ thuộc nhau và
tương quan với môi trường và chia thành các cấp tổ chức cơ bản từ thấp đến
cao: tế bào →cơ thể → quần thể - loài →quần xã → hệ sinh thái - sinh quyển.
Trong mỗi cấp tổ chức chính còn có các cấp phụ. Các tổ chức sống tồn tại và
phát triển theo nguyên tắc thứ bậc lệ thuộc. Tổ chức sống dưới là đơn vị cấu
trúc cơ sở để xây dựng tổ chức sống cấp trên, sự ổn định của tổ chức sống
cấp trên là điều kiện tồn tại của tổ chức sống cấp dưới. Mỗi cấp tổ chức sống
có cấu tạo và chức năng sống nhất định nhưng chịu sự lệ thuộc vào các cấp tổ
chức cao hơn và cấp thấp hơn, cùng phối hợp hoạt động thống nhất theo một
cơ chế điều hoà chung. Tổ chức sống cao hơn không chỉ có những đặc điểm
nổi trội mà tổ chức sống thấp hơn không có mà còn thừa hưởng các đặc điểm
của các tổ chức sống ở cấp thấp hơn. Những đặc tính nổi trội ở mỗi cấp tổ
chức sống được hình thành do sự tương tác giữa các bộ phận cấu thành. Vì
vậy khi nghiên cứu một cấp tổ chức sống nào đó phải xem xét trong mối quan
hệ tương tác giữa các cấp với nhau và với môi trường. Trong mỗi CĐTCS
đều thể hiện mối liên quan mật thiết giữa cấu trúc và chức năng và với môi
trường sống. Quan hệ giữa cấu trúc và chức năng được hình thành dưới tác
dụng của chọn lọc tự nhiên làm cho mỗi tổ chức sống thực hiện các chức
năng chuyên biệt trong một môi trường nhất định. Chính sự tổ chức của các
thành phần cấu tạo và sự tương tác giữa chúng đã làm phát sinh những đặc
tính nổi trội của hệ. Trong một hệ thống, các thành phần cấu trúc của hệ
thống có mối quan hệ tương tác qua lại và toàn bộ hệ thống luôn luôn có mối
quan hệ tương hỗ với môi trường thông qua quá trình trao đổi vật chất, năng
lượng và thông tin. Các đặc trưng của một hệ thống sống được duy trì nhờ
quá trình tự điều chỉnh về thành phần cấu trúc, về tốc độ trao đổi chất và năng
lượng với môi trường trong quá trình phát triển và tiến hoá; tính ổn định
10
tương đối trong không gian qua thời gian được gọi là trạng thái cân bằng sinh
thái của hệ thống.
1.2.1.2. Tiếp cận cấu trúc - hệ thống
Tiếp cận là cách đến gần một đối tượng để nghiên cứu, là hệ phương
pháp để nghiên cứu một đối tượng. Theo quan niệm của khoa học hiện đại thì
bất kỳ một khách thể nào trong thế giới hiện thực cũng là một hệ thống. Việc
nghiên cứu khách thể với tính cách là một hệ thống đã dẫn đến sự hình thành
một phương pháp mới gọi là tiếp cận CT-HT. Tiếp cận CT-HT là một
phươngpháp của triết học duy vật biện chứng, có thể vận dụng vào mọi lĩnh
vực nhận thức và thực tiễn.
Quan niệm CT-HT chính là phép suy rộng quan niệm biện chứng về mối
quan hệ giữa bộ phận và toàn thể. Trong SH, quá trình tìm hiểu mối quan hệ
giữa bộ phận của toàn thể đã sản sinh ra 4 khái niệm: thành phần, cấu tạo, cấu
trúc và hệ thống.
- Khái niệm thành phần: Theo phương pháp phân tích hệ thống thì thành
phần là những bộ phận cấu tạo nên toàn thể, những bộ phận này được xác
định bằng con đường phân tích một toàn thể thành những bộ phận khác nhau.
- Khái niệm cấu tạo: Nói tới những bộ phận (thành phần) có quan hệ với
nhau tạo nên một toàn thể về mặt không gian. Ví dụ: cấu tạo của tim gồm tâm
thất, tâm nhĩ; một quần xã SV gồm các quần thể thuộc những loài khác nhau.
- Khái niệm cấu trúc: Nói tới những mối liên hệ bên trong của sự vật,
những mối liên hệ này là bền vững, quy định đặc điểm của sự vật. Sẽ không
một yếu tố nào của cấu trúc có thể hiểu được nếu tách ra khỏi hệ thống.
Trong khái niệm cấu trúc, cái toàn thể nổi lên so với cái bộ phận, vì thế mà
người ta chú ý tới mối quan hệ giữa các bộ phận.
SHHT là một lĩnh vực nghiên cứu, cụ thể tập trung vào tìm hiểu các
tương tác của các thành phần của các hệ thống SH, những sự tương tác này sẽ
đưa đến chức năng cũng như hành vi như thế nào của hệ thống đó. SHHT
nghiên cứu sự sống ở tất cả các CĐTCS. Mục tiêu cuối cùng của SHHT là
11
mô hình hoá cách thức hoạt động của mọi hệ thống SH. Các mô hình chính
xác giúp các nhà SH dự đoán sự thay đổi trong một hay nhiều bộ phận gây
ảnh hưởng lên các bộ phận khác và toàn hệ thống như thế nào? Ví dụ, nồng
độ hoocmon vùng dưới đồi trong cơ thể chỉ tăng lên một chút cũng sẽ gây
ảnh hưởng lên quá trình sinh tinh trùng và sinh trứng như thế nào? Một loại
thuốc hạ áp sẽ gây ảnh hưởng đến các chức năng của các cơ quan trong cơ
thể và có thể gây ra các tác dụng phụ nguy hiểm như thế nào? Sự tăng cao từ
từ nồng độ cacbon dioxit trong khí quyển làm biến đổi các hệ sinh thái và
sinh quyển ra sao? Các nhà khoa học nghiên cứu các hệ sinh thái đã đi tiên
phong trong việc áp dụng tiếp cận hệ thống từ năm 1960 để xây dựng các mô
hình sơ đồ hoá mạng lưới các tương tác giữa các loài và thành phần vô cơ
trong các hệ sinh thái đầm lầy và các hệ sinh thái khác. Ngày nay, SHHT tập
trung nghiên cứu sự sống ở các cấp độ TB và phân tử một phần do tích luỹ dữ
liệu về việc giải trình tự các hệ gen cũng như chức năng đã biết của hệ
protein.
Nguyên tắc tiếp cận hệ thống xuất phát trên cơ sở xem xét các đối tượng
như một hệ toàn vẹn. Các sự vật, hiện tượng đều có mối quan hệ chặt chẽ, tác
động qua lại lẫn nhau và tác động với môi trường. Khi xem xét nguyên tắc
tiếp cận hệ thống chính là xem xét mối quan hệ giữa tổng thể với bộ phận
(mối quan hệ giữa hệ lớn và hệ con), mối quan hệ giữa các bộ phận (hệ con)
với nhau và xem xét mối quan hệ giữa hệ với môi trường. Trong đó hướng
nghiên cứu vào việc khám phá tính chỉnh thể của đối tượng và các cơ chế đảm
bảo tính chỉnh thể đó; làm sáng tỏ các mối quan hệ đa dạng, phức tạp của hệ
thống các đối tượng, hướng vào mô tả bức tranh lý thuyết thống nhất.
1.2.1.3. Khái niệm tiếp cận hệ thống
TCHT 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 môi trường
cũng có mối tương tác xác định. Nhờ mối tương tác này mà hệ thống có
12
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.
Tuy nhiên, là một nhà sinh học, Bertalanffy biết rằng những giả thuyết
như vậy là không thể áp dụng cho hầu hết các hiện tượng tự nhiên. Tách rời
khỏi môi trường xung quanh, sinh vật sống sẽ nhanh chóng đi đến cái chết vì
thiếu ôxy, nước và thức ăn. Các cấp TCS là những hệ thống mở: chúng không
thể tồn tại nếu thiếu sự trao đổi liên tục vật chất và năng lượng với môi
trường. Điểm đặc trưng của hệ thống mở là sự tương tác với các hệ thống bên
ngoài khác. Sự tương tác này có hai thành phần: đầu vào - những gì từ bên
ngoài đi vào hệ thống - và đầu ra - những gì từ bên trong rời khỏi hệ thống ra
môi trường. Khi nói đến bên trong và bên ngoài của một hệ thống, chúng ta
cần phân biệt được hệ thống và môi trường của nó. Hệ thống và môi trường
được phân biệt bởi một ranh giới được gọi là ranh giới của hệ thống.
TCHT là phương pháp luận để nghiên cứu hệ sống trên cơ sở phân tích
những dấu hiệu bản chất của hệ sống: hệ có tổ chức trong mối quan hệ mật
thiết giữa cấu trúc - cấu trúc và cấu trúc - chức năng. Hệ mở có khả năng tự
điều chỉnh duy trì những hằng số sinh học ổn định tương đối, mang các đặc
trưng cơ bản của sự sống và hệ luôn vận động để phát triển, được thể hiện
trong mỗi cấp độ TCS.
Nguyễn Đình Hòe và Vũ Văn Hiếu đã phát biểu khái niệm TCHT một
cách ngắn gọn như sau: TCHT là cách nhìn nhận thế giới qua cấu trúc hệ
thống, thứ bậc và động lực của chúng, đó là một cách tiếp cận toàn diện và
động[10].
* Phương pháp tiếp cận hệ thống
Có hai hướng tiếp cận vấn đề khi thực hiện các nghiên cứu trong thực tế:
tiếp cận dựa trên các thành tố và tiếp cận dựa trên tổng thể, thực chất đây là
13
phương pháp phân tích và phương pháp tổng hợp. Sự thống nhất giữa hai
phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống đã sản sinh ra phương
pháp TCHT.
Tiếp cận phân tích và tiếp cận tổng hợp không những không đối lập
nhau, hay loại trừ nhau mà còn bổ sung cho nhau. Tiếp cận phân tích phân
chia hệ thống thành các thành tố cơ bản nhằm nghiên cứu các chi tiết và tìm
hiểu các loại quan hệ tồn tại giữa chúng. Thông qua việc biến đổi từng yếu tố,
tiếp cận phân tích tìm ra các quy luật chung cho phép người phân tích dự đoán
các tính chất của hệ thống trong các điều kiện khác nhau. Để có thể dự đoán
thì cần phải tìm ra được các quy luật về sự tổ hợp của các thuộc tính cơ bản.
Khi đó các quy luật thống kê có thể được áp dụng, cho phép nhà phân tích
hiểu được hành vi của một tập hợp đơn giản [10].
Quy luật về sự tổ hợp các thuộc tính cơ bản không áp dụng được với các
hệ thống có tính phức tạp cao, cấu thành bởi các thành tố đa dạng liên kết với
nhau thông qua các tương tác mạnh mẽ. Các hệ thống đó phải được tiếp cận
bằng các phương pháp mới trong TCHT. Mục đích của các phương pháp mới
nhằm nghiên cứu hệ thống dựa trên tính tổng thể, phức tạp và luôn vận động
của hệ thống. Thông qua mô phỏng hệ thống, nhà nghiên cứu có thể quan sát
các tác động của các loại hình tương tác khác nhau giữa các thành tố của hệ
thống trong một khoảng thời gian. Nghiên cứu về hành vi theo thời gian giúp
xác định các quy luật để thay đổi hệ thống hoặc thiết kế các hệ thống.
Cách tiếp cận tổng hợp về cơ bản khác với cách tiếp cận phân tích bộ
phận. Phân tích đối tượng tập trung vào việc tách bạch từng phần của đối
tượng được nghiên cứu. Ngược lại tiếp cận tổng hợp tập trung vào cách đối
tượng được nghiên cứu tương tác với các thành phần khác của hệ thống chứa
nó. Điều này có nghĩa là thay vì cô lập những phần ngày càng nhỏ hơn của hệ
thống được nghiên cứu thì tiếp cận tổng hợp làm việc bằng cách mở rộng góc
nhìn, tính tới sự tương tác giữa các thành phần và môi trường. Chính sự tương
14
tác này làm nảy sinh những kết luận đáng chú ý so với những kết luận do
phân tích thành phần mang lại.
Bảng 1.1. So sánh các điểm đặc trưng của hai cách tiếp cận phân tích và
tổng hợp [10]
Tiếp cận phân tích Tiếp cận hệ thống
Cô lập, tập trung vào từng thành
tố
Hợp nhất và tập trung vào tương tác
giữa các thành tố
Nghiên cứu bản chất của tương tác
Nghiên cứu các tác động của tương tác
Nhấn mạnh vào tính chính xác của
chi tiết
Nhấn mạnh vào nhận thức chung
Thay đổi từng yếu tố Thay đổi đồng thời một nhóm các yếu
tố
Không phụ thuộc vào thời gian;
các hiện tượng được xem như có
thể đảo ngược
Hợp nhất với thời gian và không thể
đảo ngược
Xác nhận sự kiện thông qua các
thí nghiệm kiểm chứng trong
phạm vi một học thuyết
Xác nhận sự kiện thông qua so sánh
hành vi của mô hình vẫn thực tế khách
quan
Sử dụng các mô hình chính xác và
chi tiết ít có ứng dụng trong thực
tế
Sử dụng các mô hình thiếu chặt chẽ để
có thể được sử dụng như nền tảng của
tri thức nhưng hữu ích trong việc ra
quyết định và hành động
Là cách tiếp cận hiệu quả nếu các
tương tác tuyến tính và yếu
Là cách tiếp cận hiệu quả nếu các
tương tác không tuyến tính và mạnh
Dẫn tới giáo dục chuyên ngành
hẹp (đơn ngành)
Dẫn tới giáo dục đa ngành
Dẫn tới hành động được lập trình
chi tiết
Dẫn tới hành động được xác định thông
qua các mục tiêu
15
Sở hữu các chi tiết ít xác định mục
tiêu
Sở hữu các kiến thức về mục tiêu, các
chi tiết không thể hiện rõ ràng
1.2.2. Nguyên tắc dạy học theo định hướng tiếp cận hệ thống
1.2.2.1. Nguyên tắc mối quan hệ giữa toàn thể và bộ phận
Nguyên tắc này yêu cầu GV và HS cần coi một cơ thể là toàn thể hay là
một hệ thống sống và mỗi chức năng sống ở cấp độ cơ thể là một thành phần
của toàn thể đó. Chẳng hạn, ở cấp độ cơ thể, mỗi chức năng là chuyển hóa vật
chất và năng lượng, cảm ứng, sinh trưởng và phát triển, sinh sản là một thành
phần của cơ thể. Chúng có mối liên hệ với nhau và cùng cấu thành một hệ
thống (toàn thể).
1.2.2.2. Nguyên tắc mối quan hệ giữa các bộ phận trong cùng toàn thể
Mỗi toàn thể được cấu thành từ nhiều bộ phận. Các bộ phận này có mối
quan hệ tác động qua lại với nhau và chi phối lẫn nhau. Sự thay đổi một thành
tố sẽ dẫn đến sự thay đổi một thành tố khác, từ đó dẫn đến thay đổi thành tố
thứ ba Bất cứ một tương tác nào trong hệ thống cũng vừa có tính nguyên
nhân, vừa có tính điều khiển. Rất nhiều tương tác có thể liên kết với nhau
thành chuỗi tương tác nguyên nhân - kết quả.
Một hệ thống thường có nhiều chức năng, trong đó có ít nhất một chức
năng chính và nhiều chức năng phụ. Các thành tố tạo nên hệ thống cũng có
những chức năng riêng thuộc hai nhóm cơ bản:
- Nhóm kiểm soát (gây biến đổi thành tố khác).
- Nhóm bị kiểm soát (bị các thành tố khác gây biến đổi)[10]
1.2.2.3. Nguyên tắc mối quan hệ giữa toàn thể và môi trường
Khi xét một toàn thể cần đặt nó trong mối quan hệ tương tác với môi
trường. Các toàn thể này tác động đến các toàn thể khác và tác động với môi
trường qua đó làm bộc lộ tất cả các tính chất của hệ.
1.2.3. Mối quan hệ giữa Sinh học và lí thuyết hệ thống
Tính hệ thống của sinh giới được trình bày lần đầu tiên trong tác phẩm
“Lí thuyết hệ thống sống của James Grier Miler. Theo Miler, một “hệ thống
16
sống” phải chứa 20 hệ thống con quan trọng, từ các tế bào đơn giản đến các
SV, các quốc gia và xã hội. Ông đã xây dựng một lí thuyết chung của hệ
thống sống bằng cách tạp trung cụ thể vào các hệ thống không ngẫu nhiên tích
lũy năng lượng vật chất trong không gian – thời gian, tổ chức thành các tương
tác, hệ thống con hoặc các thành phần liên quan đến nhau. Hơn 10 năm sau,
ông lại bổ sung cho quan niệm ban đầu về sinh giới. Ông cho rằng: Hệ thống
sống được cấu tạo theo các cấp độ nhỏ đến lớn theo phương thức lồng nhau,
tức là mỗi cấp độ cao hơn có các cấp độ thấp hơn. Tám cấp độ lồng nhau bao
gồm: tế bào, cơ quan, SV, nhóm, tổ chức, cộng đồng, xã hội và hệ thống siêu
quốc gia.[8]
Về sau, những nghiên cứu về tính hệ thống của sinh giới càng được phát
triển và hoàn thiện.
Hiện nay, có nhiều quan điểm phân chia hệ thống sinh giới nhưng đều
tuân theo những nguyên tắc nhất định.
Hệ thống sống được tổ chức theo nguyên tắc thứ bậc gồm nhiều cấp TCS
từ nhỏ đến lớn. TCS cấp dưới làm nền tảng để xây dựng nên TCS cấp trên.
Người ta chia hệ thống sống thành những cấp độ cơ bản bao gồm: phân tử-tế
bào -> Cơ thể -> quần thể - loài -> quần xã -> hệ sinh thái – sinh quyển. Đan
xen giữa các cấp tổ chức cơ bản là những cấp tổ chức trung gian. Các cấp tổ
chức cơ bản tồn tại như một đơn vị sống, biểu hiện các đặc tính sống. Các cấp
tổ chức trung gian không tồn tại độc lập mà phụ thuộc vào cấp tổ chức chính,
các đặc trưng sống chỉ biểu hiện khi tồn tại trong tế bào.
Một cấp tổ chức vừa được cấu thành từ cấp tổ chức thấp hơn vừa là
thành phần cấu tạo nên tổ chức cấp cao hơn. Ví dụ, cơ thể được cấu thành từ
các tế bào nhưng đồng thời cũng là đơn vị cấu thành nên quần thể. Cấp tổ
chức cao hơn không những có các đặc điểm của các cấp tổ chức thấp hơn cấu
thành mà còn có những đặc tính nổi trội mà cấp tổ chức thấp hơn không có.
Đặc tính này được hình thành do sự tương tác giữa các bộ phận cấu thành nên
cấp tổ chức đó.
17
Mỗi cấp TCS từ tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã đến sinh quyển đều là
các hệ thống mở và tự điều chỉnh. Hệ thống mở có nghĩa là chúng luôn luôn
có sự tương tác với môi trường, cụ thể là luôn trao đổi vật chất, năng lượng và
thông tin với môi trường. Các hệ thống sống chỉ có thể tồn tại khi có sự liên
hệ thường xuyên với các hệ vô cơ và hữu cơ bao quanh nó. Khả năng tự điều
chỉnh của các cấp TCS là khả năng phản ứng lại các tác nhân bất lợi làm cho
tổ chức đó trở lại trạng thái cân bằng. Bất kì hệ thống sống nào cũng có khả
năng tự điều chỉnh để tạo ra trạng thái cân bằng tương đối trong môi trường
xác định vào những thời điểm nhất định gọi là sự cân bằng động. Các đặc
trưng của một hệ thống sống được duy trì nhờ quá trình tự điều chỉnh về
thành phần cấu trúc, về tốc độ trao đổi chất và năng lượng với môi trường
trong quá trình phát triển và tiến hoá. Ví dụ: Ở cơ thể động vật, cơ chế duy trì
cân bằng nội môi có sự tham gia phối hợp của thể dịch và hệ thần kinh, hệ
tuần hoàn; các cơ quan: gan, thận. Nhờ đó, áp suất thẩm thấu, độ pH trong cơ
thể luôn ổn định đảm bảo cho sự tồn tại và hoạt động chức năng của cơ thể.
Trong mỗi cấp TCS đều thể hiện mối liên quan mật thiết giữa cấu trúc và
chức năng, giữa TCS với môi trường. Thông qua mối quan hệ tương hỗ với
môi trường phức tạp, đa dạng mà các hệ thống khác nhau biểu hiện những đặc
điểm riêng biệt về cấu trúc, phương thức trao đổi chất và năng lượng, trao đổi
thông tin trong quá trình phát triển và tiến hoá. Các đặc trưng của hệ thống
sống được chương trình hoá trong vật chất di truyền. Nhờ đó nó được duy trì
qua các thế hệ nhờ đặc tính sinh sản.
Quán triệt quan điểm hệ thống trong nghiên cứu và dạy học Sinh học
chính là sử dụng phương pháp tiếp cận cấu trúc - hệ thống.
Tiếp cận là cách đến gần một đối tượng để nghiên cứu đối tượng theo
cách như thế nào, là hệ phương pháp để nghiên cứu một đối tượng.
Cấu trúc là những mối liên hệ bền vững bên trong của một sự vật, quy
định đặc tính của sự vật đó. Trong khái niệm cấu trúc cái toàn thể nổi lên so
với bộ phận.
