Разработка урока по информатике на тему "Основные понятия системологии"

Этапы урока

Деятельность учителя и учащихся

I. Организационный момент (1 мин)

- приветствие, сообщение темы, даты, структуры урока, цели урока.

II. Повторение (5 мин)

1. Вставьте пропущенные слова в определении термина «Модель – это объект-…, который в определенных условиях может заменять объект-… (см. приложение.)

2. Распределите картинки моделей по приведенным характеристикам в таблице. Поясните свой выбор (см. приложение).

3. Рассмотрим, 2 процесса:

• Обследование у учащегося ротовой полости на данный момент времени: число молочных и постоянных зубов, пломб, дефектов учащихся в стоматологической поликлинике.

• Запись в карточке изменений, происходящих с зубами школьника за многие годы.

В каком случае рассматривается динамическая модель, статистическая модель?

 4. Распределите категории моделей по приведенным характеристикам в таблице. Поясните свой выбор (см. приложение).

• Чертежи, схемы, графики, таблицы, алгоритмы, математические формулы, выполненные человеком.

• Поведение человека при переходе улицы; идея, возникшая у изобретателя; музыкальная тема, промелькнувшая в голове композитора; рифма, прозвучавшая пока еще в сознании поэта.

• Детские игрушки, чучела птиц в кабинете биологии, карты при изучении истории и географии, схемы солнечной системы и звездного неба на уроках астрономии, макет многоступенчатой ракеты.

• Чертежи, схемы, графики, таблицы, алгоритмы, математические формулы, выполненные с помощью программной среды.

III. Объяснение материала (25 мин)

Системология – наука о системах. С позиции этой науки системный аналитик исследует объект моделирования и создает его информационную модель. Познакомимся с основными понятиями системологии.

I. Что такое система и структура

Наш мир наполнен многообразием различных объектов. Нередко мы употребляем понятия «простой объект», «сложный объект». А размышляли вы о том, в чем разница между простым и сложным? На первый взгляд возникает такой очевидный ответ: сложный предмет состоит из множества простых. И чем больше в нем таких «деталей», тем предмет сложнее. Например, кирпич – это простой предмет, а здание, построенное из кирпичей – это сложный объект. Или еще: двигатель, винтик, колесо, дверь и другие детали автомобиля – это простые предметы, а сам автомобиль, собранный из этих деталей – это сложное устройство (см. приложение). Но только ли в числе деталей заключается различие между простым и сложным?

Давайте, теперь, попробуем сформулировать определение главного понятия системологии – понятие системы:

Система – это сложный объект, состоящий из взаимосвязанных частей (элементов) и существующий как единое целое. Всякая система имеет определенное назначение (функцию, цель).

Что будет являться системой: куча кирпичей или дом, построенных из этих кирпичей? (см. приложение)

- дом. Как бы много бы ни было кирпичей в куче, ее нельзя назвать системой, потому что в ней нет единства, 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 др.), все они нужным образом соединены и образуют единое целое дом.

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 совокупность связей между элементами системы.

А как можно еще дать определение структуры:

- структура – это внутренняя организация системы.

Из тех же самых кирпичей и других деталей кроме жилого дома, что можно еще построить?

- гараж, столовую, магазин.

Все эти сооружения состоят из одних и тех же элементов, но имеют разную конструкцию в соответствии с назначением здания (см. приложение). Применяя язык системологии, можно сказать, что они различаются структурой.

Кто из вас не увлекался детскими конструкторами: строительными, электрическими, радиотехническими и другими? Все детские конструкторы построены по одному принципу: имеется множество типовых деталей, из которых можно собрать различные изделия. Эти изделия различаются порядком соединения деталей, то есть структурой.

Из всего сказанного, какой можно сделать вывод?

- всякая система обладает определенным элементным составом и структурой. Свойства системы зависят от того или другого. Даже при одинаковом составе, системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.

С зависимостью свойств различным 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.

В химии известно явление, которое называется изомерией (см. приложение). Вещества, состоящие из молекул одинакового атомарного состава, но различающиеся структурой молекул, обладают разными свойствами. Если пример из физики: все радиосистемы состоят из одинаковых деталей (резисторов, конденсаторов, транзисторов, трансформаторов и т.д.); разная структура соединения  этих деталей придает разные свойства всей системе (мощность, частотные характеристики, дальность приема передачи и т.д.).

Рассмотрим пример общественной системы. Общественными системами называют различные объединения (коллективы) людей: семья, производственный коллектив, коллектив школы, бригада, батальон и т.п. (см. приложение). Связи в таких системах – это отношения между людьми, например отношения подчиненности. Множество таких связей образуют структуру общественной системы.

Вот простейший пример. Имеются две строительные бригады, состоящие из семи человек. В первой бригаде один бригадир и два его заместителя и по два рабочих в подчинении у каждого заместителя. Во второй бригаде – один бригадир и шестеро рабочих, которые подчиняются непосредственно бригадиру (см. приложение).

Схема 1

На рисунке схематически представлены структуры управления в двух данных бригадах. Как может называться первая структура? Вторая?

- первая структура называется вертикальной, вторая – горизонтальной.

Таким образом, две эти бригады – это примеры двух производственных (социальных) систем с одинаковым составом (по 7 человек), но разной структурой.

Различие в структуре бригад неизбежно отразится на эффективности их работы, на производительности. Нетрудно понять, что производительность второй бригады будет выше первой, поскольку во второй больше работающих людей (меньше управляющих). При небольшом числе людей эффективнее оказывается горизонтальная структура управления. Но если в бригаде двадцать или тридцать человек, то тогда одному бригадиру трудно управлять работой такого коллектива. В таком случае разумно ввести должности заместителей, то есть использовать вертикальную структуру управления.

Производительность какой бригады будет выше? А если кол-во людей будет превышать 20 человек?

Если некоторые элементы объединить в систему, то она будет обладать новыми качествами, которыми не обладали ее составные части. Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье не обладают способностью к езде (см. приложение). Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием «велосипед», которая приобрела новое качество – способность к езде или возможность служить транспортным средством. Этим свойством не обладала ни одна из деталей в отдельности. 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 один 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.

Появление нового качества у системы называется системным эффектом. Все это выражается фразой: «Целое больше суммы своих частей».

II. СИСТЕМЫ И ПОДСИСТЕМЫ

В качестве еще одного примера системы рассмотрим объект, с которым вы часто имеете дело на уроках информатики – персональный компьютер.

Самое поверхностное описание ПК такое: это система, элементами которой  является системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли их назвать простыми элементами?

- конечно, нет! Каждая из этих частей – это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных элементов.

Что входит в состав системного блока?

- в состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD ROM, контроллеры внешних устройств и пр.

В свою очередь, каждое из этих устройств - сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все больше углубляясь в устройство компьютера.

Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.

Исходя из данного определения, назовите подсистемы ПК.

- системный блок является подсистемой персонального компьютера, процессор - подсистемой системного блока.

А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например, гайка системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка - простая деталь, поскольку на более мелкие она не разбивается. 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 называются элементарными, например электроны, тоже оказались не простыми.

Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, то есть описание 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 – как подсистема, имеющая свой состав и структуру.

 III. 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.

Вспомним, где встречалось еще понятие системы.

В 16 веке Николай Коперник описал устройство Солнечной системы: Земля и другие планеты, вращающиеся вокруг Солнца; связаны в единое целое силами притяжения.

В 18 веке шведский ученый Карл Линней написал книгу под названием «Системы природы». Он сделал удачную попытку классифицировать все известные виды животных и растений, а самое главное показал взаимосвязь – зависимость одних видов от других. Вся природа предстала как единая  большая система. Но она состоит, в свою очередь, из системы растений, системы животных, которая в свою очередь состоит из подсистем?

Какие подсистемы в системе животные?

В 20-х годах 20 столетия русский ученый Владимир Иванович Вернадский 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 подсистемы биосферы связаны между собой и зависят друг от друга. Вернадскому 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 осуществлять системный подход. Сущность системного подхода в профессиональной деятельности можно выразить так:

Необходимо учитывать все существенные системные связи того объекта, с которым работаешь.

Примером системного подхода является работа врача. Взявшись лечить какую-то болезнь, какой-то 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 требуется больше знания и осторожность.

IV. Выполнение заданий (10 мин)

1. Запишите надсистемы для следующих систем (см. приложение):

- «дверной замок»

- «переместительный закон умножения»
- «правила перехода улицы»

- «квартира»

- «колесо автомашины»

- «стрелка часов»

- «река»

- «Тихий океан»

- «планета Земля»

- «трамвай»

- «сердце»

2. Сегодня зоологам известны около 2 млн. видов различных животных. В 1725 г. двадцативосьмилетний шведский биолог Карл Линней опубликовал книгу под названием «Система природы» в которой предложил свой способ классификации живых существ. Этот способ и сегодня является основой биологической классификации. Повторите научный подвиг Линнея: систематизируйте перечисленные виды животных (см. приложение):

- оса, стрекоза, лиса, лошадь, пантера, корова, горилла, дельфин, гиена, синица, волк, медведь, тюлень, коза, крот, муха, лягушка, лев, хомяк, шимпанзе, комар, тигр, воробей, касатка, кобра, крот, галка, окунь, уж, орел, муравей, кашалот, кошка, жаба, окунь, мышь, рысь, овца, собака, орангутанг.

V. Домашнее задание (1 мин)

Запишите домашнее задание (см. приложение):

1) выучить теоретический материал в параграфе 3.2.;

2) ответить на вопросы 1-10 на стр. 85-86.

VI.  Итоги урока (3 мин)

1. Что нового вы сегодня узнали?

2. Какие были затруднения в ходе выполнения знаний?

3. Выставление оценок за работу на уроке.