Bài viết này đưa ra một số tiêu chí cơ bản dựa trên tiếp cận sinh học hệ thống để phân chia và xác định số lượng các CĐTCS. Từ đó, xác định nội hàm các chủ đề sinh học các CĐTCS giúp định hướng việc cấu trúc hóa nội dung của các chủ đề theo hướng hiện đại hóa nội dung sách giáo khoa (SGK) sinh học để hội nhập quốc tế, và khắc phục việc biên soạn nội dung SGK Sinh học là các kiến thức chuyên ngành sinh học thuần túy như hiện nay.
BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ NGHIÊN CỨU PHÂN CHIA HỆ THỐNG CHỦ ĐỀ SINH HỌC CÁC CẤP ĐỘ TỔ CHỨC SỐNG TRONG DẠY HỌC SINH HỌC PHỔ THÔNG DƯƠNG TIẾN SỸ 1, *, NGUYỄN THỊ QUYÊN Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội * Email: tiensyduong@gmail.com Trường THPT chuyên Nguyễn Huệ, Hà Nội Tóm tắt: Sinh giới tồn với nhiều cấu hệ thống khác nhau, đan xen với mối quan hệ chằng chịt có tượng chồng chất cấu Trên giới, có tới hàng trăm sách nghiên cứu phân chia cấp độ tổ chức sống (CĐTCS) khác cách tiếp cận khác tùy theo mục đích nghiên cứu Hiện nay, triết học Sinh học cịn có nhiều tranh luận tiêu chuẩn phân loại xác định số lượng các CĐTCS Bài viết đưa số tiêu chí dựa tiếp cận sinh học hệ thống để phân chia xác định số lượng CĐTCS Từ đó, xác định nội hàm chủ đề sinh học CĐTCS giúp định hướng việc cấu trúc hóa nội dung chủ đề theo hướng đại hóa nội dung sách giáo khoa (SGK) sinh học để hội nhập quốc tế, khắc phục việc biên soạn nội dung SGK Sinh học kiến thức chuyên ngành sinh học túy Từ khóa: Hệ thống, chủ đề sinh học, cấp độ tổ chức sống MỞ ĐẦU Quan điểm xây dựng phát triển chương trình mơn sinh học phổ thông xây dựng theo tiếp cận CĐTCS, từ hệ nhỏ đến hệ lớn Nhưng SGK Sinh học phổ thông hành, đặc biệt bậc Trung học Phổ thông (THPT) lại biên soạn theo kiến thức chuyên ngành hẹp Di truyền học, Tiến hóa Sinh thái học, nghĩa trì quan điểm đơn mơn nên chưa qn triệt quan điểm xây dựng phát triển chương trình Việc nghiên cứu xây dựng sử dụng chủ đề dạy học Sinh học CĐTCS, không giúp đại hóa chương trình Sinh học phổ thơng theo hướng hội nhập quốc tế, tinh giản nội dung có tính mơ tả để tổ chức cho học sinh tìm tịi, nhận thức kiến thức sinh học có tính ngun lý, sở cho quy trình cơng nghệ ứng dụng sinh học đại; mà tạo thuận lợi cho việc tích hợp đặc trưng sống CĐTCS với mặt giáo dục khác nảy sinh ngày nhiều theo yêu cầu xã hội, có giáo dục mơi trường biến đổi khí hậu MT & BĐKH), thay đổi MT & BĐKH ảnh hưởng đến chức sống CĐTCS Do đó, chủ đề sinh học đặc trưng sống CĐTCS có ưu nhiều tiềm khai thác tri thức tích hợp nhằm phát triển lực cho học sinh Vì vậy, cần phải nghiên cứu phân chia xác định số lượng CĐTCS, từ xây dựng hệ thống chủ đề sinh học định hướng việc cấu trúc hóa nội dung kiến thức chuyên ngành thành chủ đề Sinh học CĐTCS ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng nghiên cứu Hệ thống chủ đề sinh học dạy học sinh học CĐTCS 277 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Quá trình nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích tổng hợp lý thuyết để thu thập thơng tin nghiên cứu phân tích, so sánh số khái niệm dạy học kết hợp nhằm phát nét độc đáo riêng quan niệm chung mơ hình dạy học kết hợp Từ đó, khái quát hóa dấu hiệu chung mơ hình dạy học kết hợp làm sở đề xuất nguyên tắc xây dựng sử dụng mơ hình dạy học kết hợp để vận dụng vào q trình dạy học trường đại học có hiệu - Quá trình nghiên cứu sử dụng phương pháp phân loại hệ thống hóa lý thuyết để xếp tài liệu thu trình phân tích thành hệ thống lơgic chặt chẽ, theo nội dung khoa học, dấu hiệu chất để dễ nhận biết, dễ lựa chọn sử dụng việc đề xuất nguyên tắc xây dựng sử dụng mơ hình dạy học kết hợp Kết nghiên cứu lý thuyết định chất lượng báo, cần cho phân tích, lý giải kết nghiên cứu, khái quát hóa hệ thống hóa thành hệ thống nguyên tắc có kết cấu chặt chẽ (theo quan điểm hệ thống) Do vậy, phương pháp nghiên cứu lý thuyết trì suốt trình nghiên cứu KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu phân chia xác định số lượng cấp độ tổ chức sống Sinh giới tồn với nhiều cấu hệ thống khác nhau, đan xen với mối quan hệ chằng chịt có tượng chồng chất cấu Ví dụ: có nhiều cấu hệ thống hệ thống thực vật, hệ thống động vật, hệ thống vi sinh vật, có tượng chồng chất cấu, ví dụ xét cá thể sinh vật thân hệ thống quan hệ quan, lại phận loài (hệ thống phân loại), phận quần thể Việc phân chia CĐTCS khác cách tiếp cận khác tùy theo mục đích nghiên cứu Sinh học kỷ XVII nghiên cứu sinh vật cấp độ thể Sau với phát triển ngành khoa học, Sinh học nghiên cứu cấp độ vi mô (dưới thể) cấp độ vĩ mô (trên thể) Lý thuyết hệ thống Ludwig von Bertalanffy người Áo đề xướng vào năm 1940 với “Lý thuyết hệ thống chung” (general systems theory) Tiếp đó, nhiều nhà Triết học Sinh học Xô Viết (cũ) nghiên cứu “Thuyết hệ thống đại cương” vận dụng quan điểm hệ thống vào nghiên cứu sống 2, từ đưa khái niệm “Sinh học hệ thống” “Hệ thống sống” hệ mở có tổ chức cao Do đó, cần phân biệt hai khái niệm: “Sinh học hệ thống” (Systems biology) “Hệ thống sống” (Biological systems) - A.A Ma-li-rơp-xki, Thuyết cấu trúc vị trí phương pháp luận hệ thống, Trong cuốn: Những vấn đề nghiên cứu hệ thống NXB Khoa học, Mat-xcơ-va, 1970 - P I Gupalô, Phương pháp luận hệ thống ý nghĩa sinh học, Sinh học nhà trường Số 21971, Mat-xcơ-va - P Duvignau, Những tư tưởng xây dựng môn Sinh học trường trung học, Pa - ri Ocde, 1963 - Ph L’ Héritier G Rizet, Cải cách môn Sinh học trường sư phạm, Pa- ri Báo cáo Ocde - nước khối cộng đồng phát triển kinh tế, 1963, tr.77 - K M Khai-lôp, Vấn đề liên quan tổ chức tiến hóa CĐTCS, Tạp chí: Những vấn đề triết học, Số 4-1966 - V.A Alếc-xây-ép, Mối tương quan hai phương pháp luận lịch sử cấu trúc - hệ thống nhằm nghiên cứu chất mức độ tổ chức sống, Trong cuốn: Phát triển khái niệm mức độ cấu trúc, NXB Khoa học, Mat-xcơ-va, 1972 - W Voigt Béclin, Quan điểm hệ thống - cấu trúc vận dụng vào giảng dạy Sinh học, Sinh học nhà trường Số 3-1969 278 BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ Sinh học hệ thống lĩnh vực nghiên cứu sinh học mẻ Năm 2000, Viện Sinh học hệ thống (Institutes of Systems Biology) thành lập thành phố Seattle (Mỹ) Tokyo (Nhật) Ngày nay, sinh học hệ thống phát triển nhiều nước khác Sinh học hệ thống (Systems biology) khoa học nghiên cứu mối tương tác phức tạp thành phần cấu trúc hệ thống sống (Biological systems) tương tác đưa đến chức hệ thống sống Đối tượng nghiên cứu Sinh học hệ thống hệ thống sống từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái Mục tiêu cuối Sinh học hệ thống mơ hình hóa cách thức hoạt động hệ thống sống CĐTCS khác từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái Như vậy, đối tượng nghiên cứu Sinh học hệ thống rộng đối tượng nghiên cứu Sinh thái học vì: Sinh học hệ thống nghiên cứu CĐTCS từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái Sinh học hệ thống khoa học liên quan đến nhiều ngành lĩnh vực đơn lẻ Trong đó, Sinh thái học khoa học nghiên cứu quan hệ tương hỗ sinh vật với sinh vật sinh vật với môi trường Đối tượng nghiên cứu Sinh thái học mối quan hệ tương hỗ sinh vật với sinh vật sinh vật với môi trường Mục tiêu sinh thái học nghiên cứu mối liên hệ qua lại sinh vật với với mơi trường chúng Do đó, cần phân biệt khoa học: “Sinh học hệ thống” (Systems biology) “Sinh thái học” (Ecology) 3.1.1 Một số nghiên cứu phân chia xác định số lượng cấp độ tổ chức sống giới Trên giới, có nhiều nghiên cứu tiêu chuẩn phân loại xác định số lượng CĐTCS Theo K.M.Zavatxki (1961), CĐTCS chia thành cấp: Cơ thể -> quần thể -> quần xã -> khu hệ -> sinh H.N.Lavorenco (1961), đề nghị ghép cấp thứ cấp thứ (khu hệ sinh quyển) thành đệm sinh vật Theo E.P.Ođum (1975), CĐTCS có cấp: Gen -> tế bào -> quan -> thể -> quần thể -> quần xã E.P Ođum xem quần xã thành phần Hệ sinh thái, thuật ngữ: Quần xã (biome) Hệ sinh thái (ecosystem) tương đương với thuật ngữ “quần lạc” (biocenose) “sinh địa quần lạc” (biogeocenose) quan niệm tác giả châu Âu Liên Xô cũ (Thuật ngữ hệ sinh thái Tansley, người Anh, đề xuất vào 1935, tương đồng với khái niệm sinh địa quần lạc V.N Sukachev, người Nga, đề xuất vào năm 1944) Quan điểm quán triệt tiếp cận hệ sinh học hệ thống nghiên cứu chức sinh học CĐTCS xem xét mơi trường (hình 1) Hình Phổ hệ thống sinh học Trái Đất 279 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ Các tác giả A.V Iablocov A.G Iusufov (1989) chia cấp độ: Phân tử – di truyền -> phát sinh cá thể -> quần thể -> sinh địa quần lạc Các tác giả cho rằng: Việc phân chia thành CĐTCS để thuận lợi cho việc nghiên cứu, mà vấn đề CĐTCS có cấu trúc sở hoạt động đặc trưng Theo Campbell, Sinh học3 (tr - 5) chia 10 cấp độ từ: Sinh -> Hệ sinh thái -> Quần xã -> Quần thể -> Cá thể sinh vật -> quan hệ quan -> Mô -> Tế bào - > Bào quan - > Phân tử Trong triết học Sinh học cịn có nhiều tranh luận tiêu chuẩn phân loại số lượng CĐTCS Vì vậy, nghiên cứu Sinh học hệ thống ta cần phải đưa số tiêu chí dựa tiếp cận sinh học hệ thống để phân chia xác định số lượng CĐTCS 3.1.2 Kết nghiên cứu phân chia xác định số lượng cấp độ tổ chức sống Theo Dương Tiến Sỹ (2006)4 đưa tiêu chuẩn sau để xác định CĐTCS: Những CĐTCS phải hệ thống cấu trúc chức phận tương đối độc lập Những CĐTCS phải hệ thống mở, tự điều chỉnh tiến hóa Theo tiêu chuẩn trên, ta loại bỏ cấp độ tổ chức trung gian, nghĩa tổ chức sống tách chúng khỏi thể (mơi trường nó), chúng không tồn (như bào quan tế bào; mô, quan, hệ quan thể đa bào) Những CĐTCS có đủ tiêu chuẩn trên, ta coi hệ thống tồn vẹn Từ đó, tác giả xác định CĐTCS hình 2: Hình Phổ hệ thống sinh học Trái Đất Biology by Nell A Campbell & Jane B Reece, Google.com/intl/en, 15, Jul.2008 Dương Tiến Sỹ (2006) Quán triệt tư tưởng cấu trúc – hệ thống tư tưởng tiến hóa sinh giới dạy học Sinh học trường phổ thơng Tạp chí giáo dục, Số 142 kỳ 2-7/2006, trang 37-39 280 BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ Sau đây, phân tích để chứng minh cần thiết phải áp dụng đồng thời tiêu chuẩn nêu để phân chia xác định số lượng CĐTCS: * Tiêu chuẩn 1: Những CĐTCS phải hệ thống cấu trúc chức phận tương đối độc lập Ta dễ dàng nhận thấy đơn vị cấu trúc sở hoạt động chức đặc trưng CĐTCS sau5: 1) Ở cấp độ Phân tử - Hệ thống phân tử: Đơn vị cấu trúc sở gen, hoạt động chức sở đặc trưng chép mẫu phân tử ADN trình đột biến ADN 2) Ở cấp độ Tế bào/Cơ thể đơn bào - Hệ thống tế bào: Đơn vị cấu trúc sở tế bào, hoạt động chức sở đặc trưng truyền đạt thông tin di truyền qua hệ tế bào Ở cấp độ tập trung nghiên cứu sinh học Vi sinh vật 3) Ở cấp độ Cơ thể đa bào - Hệ thống thể: Đơn vị cấu trúc sở thể tế bào, hoạt động chức sở đặc trưng triển khai thông tin di truyền từ tế bào khởi đầu, phân hóa mơ quan, truyền đạt thông tin di truyền qua hệ tế bào qua hệ khác thể 4) Ở cấp độ Quần thể/Loài - Hệ thống Quần thể: Đơn vị cấu trúc sở quần thể, hoạt động chức sở đặc trưng biến đổi thành phần kiểu gen quần thể tác động nhân tố gây đột biến, hoạt động chủ yếu q trình đột biến, trình chọn lọc tự nhiên, chế cách li, kết hình thành lồi 5) Ở cấp độ Quần xã/Hệ sinh thái - Hệ thống Sinh thái: Đơn vị cấu trúc sở quần xã sinh vật, hoạt động chức sở điều chỉnh mối quan hệ dinh dưỡng chuỗi thức ăn lưới thức ăn 6) Ở cấp độ Sinh thái - Hệ thống Sinh quyển: Đơn vị cấu trúc sở hệ sinh thái, hoạt động chức sở chu trình chuyển hóa vật chất lượng tự nhiên * Tiêu chuẩn 2: Những CĐTCS phải Hệ thống mở, tự điều chỉnh tiến hóa Theo lát cắt ngang, ta thấy tất CĐTCS từ thấp đến cao thể đặc trưng sống sống trình tồn tại, phát triển tiến hóa (hình 2) Sau xác định đặc trưng hình thái, ta phải tìm yếu tố cấu trúc CĐTCS phân tích mối quan hệ qua lại chúng, từ làm bật đặc trưng chức sống (tính trồiEmergence), là: chuyển hóa vật chất & lượng, sinh trưởng & phát triển, cảm ứng/tự điều chỉnh, sinh sản, tiến hóa & thích nghi Ví dụ, CĐTCS Quần thể, ta dễ dàng nhận thấy biểu đặc trưng sống sau: 1) Về hình thái: Là dấu hiệu bên ngồi quan sát Nội dung phân bố cá thể quần thể (phân bố theo nhóm, phân bố đồng ngẫu nhiên) kích thước nó, quần thể có kích thước tối đa kích thước tối thiểu phụ thuộc vào lồi sức chứa môi trường 2) Về cấu trúc: Là tập hợp cá thể lồi có yếu tố cấu trúc đặc trưng Nội dung là: Mật độ; tỷ lệ nhóm tuổi; tỷ lệ đực cái; tỷ lệ sinh sản, tử vong; kiểu tăng trưởng; kiểu phân bố; khả thích ứng Các yếu tố cấu trúc ln có mối quan hệ qua lại mật thiết với với môi trường thể biến động điều chỉnh số lượng cá Dương Tiến Sỹ Tích hợp giáo dục mơi trường qua dạy học Sinh học trường phổ thông Bài giảng chuyên đề đào tạo sau đại học 281 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ thể Sự tương tác qua lại yếu tố cấu trúc tạo nên đặc trưng sống CĐTCS Quần thể (tính trồi - Emergence) 3) Về chuyển hóa vật chất lượng: Là trình tăng trưởng quần thể Nội dung tăng mật độ cá thể sinh khối trung bình đơn vị diện tích hay thể tích, thơng qua trình thu nhận, tổng hợp, phân giải thải chất gắn liền với tích lũy tiêu hao lượng cá thể 4) Về sinh trưởng phát triển: Là q trình tăng kích thước quần thể Nội dung tăng số lượng cá thể gắn liền với mở rộng khu phân bố quần thể, dẫn đến phân hóa cấu trúc hồn thiện chức sinh học quần thể 5) Về tự điều chỉnh/cảm ứng: Là khả trì trạng thái cân quần thể Nội dung chế tự điều chỉnh mật độ thơng qua điều chỉnh mối tương quan tỷ lệ sinh sản/tử vong phương thức điều hòa mềm dẻo khắc nghiệt tùy thuộc vào sức chứa môi trường 6) Về sinh sản: Là trình tạo nên quần thể từ quần thể ban đầu Nội dung tăng lên số lượng cá thể quần thể vượt giới hạn chịu đựng môi trường, biến cố địa chất, khí hậu, dẫn tới tượng tách đàn; tác động chọn lọc tự nhiên, nhân tố tiến hóa chế cách ly dẫn tới hình thành quần thể 7) Về tiến hóa, thích nghi: Là phản ứng quần thể trước thay đổi môi trường Nội dung nghiên cứu đặc điểm nhân tố môi trường ảnh hưởng đến đời sống sinh vật thích nghi (về hình thái, tập tính liên quan đến chu kỳ ngày đêm chu kỳ địa lý đất di truyền) chúng với điều kiện ngoại cảnh khác đảm bảo cho tồn tại, phát triển tiến hóa quần thể thích nghi Theo lát cắt dọc, sâu nghiên cứu phát triển khái niệm đặc trưng sống theo nguyên tắc đồng tâm mở rộng xuyên suốt CĐTCS từ thấp lên cao, ví dụ đặc trưng chuyển hóa vật chất lượng, thì: 1) Ở cấp độ phân tử: Là trình trao đổi nuclêơtit mơi trường nội bào như: q trình tự nhân đơi ADN q trình tự sao, mã Trong trình tự mã phân tử ADN có phá vỡ liên kết hidro kèm theo giải phóng lượng; đồng thời có hình thành mạch ADN ARN gắn liền với tiêu hao lượng dạng ATP 2) Ở cấp độ tế bào/ thể đơn bào: Là chuỗi phản ứng sinh hóa xảy tế bào có điều hịa enzim (hoạt hóa hay ức chế) thơng qua q trình đồng hóa (tổng hợp chất tích lũy lượng) dị hóa (phân giải chất giải phóng lượng) cho hoạt động sống tế bào 3) Ở cấp độ Cơ thể đa bào: Là chế thu nhận, tổng hợp, phân giải thải chất thể thơng qua q trình đồng hóa (tổng hợp chất tích lũy lượng) dị hóa (phân giải chất giải phóng lượng) cho hoạt động sống thể 4) Ở cấp độ Quần thể/Lồi: Là q trình tăng trưởng quần thể Nội dung tăng mật độ cá thể sinh khối trung bình đơn vị diện tích hay thể tích thơng qua q trình thu nhận, tổng hợp, phân giải thải chất gắn liền với tích lũy giải phóng lượng cá thể 5) Ở cấp độ Quần xã/Hệ sinh thái: Là mối quan hệ tương hỗ quần thể khác loài Nội dung mối quan hệ vật ăn thịt - mồi cạnh tranh khác loài thông qua 282 BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ chuỗi thức ăn lưới thức ăn; bậc dinh dưỡng hình thành hình tháp sinh thái số lượng lượng 6) Ở cấp độ Sinh thái quyển: Là chu trình chuyển hóa vật chất lượng tự nhiên thơng qua chu trình Sinh – Địa – Hóa chất Các CĐTCS tồn phát triển theo nguyên tắc thứ bậc lệ thuộc Tổ chức sống đơn vị cấu trúc sở để xây dựng tổ chức sống cấp trên, ổn định tổ chức sống cấp điều kiện tồn tổ chức sống cấp Mỗi CĐTCS có cấu trúc chức sống định chịu lệ thuộc vào cấp tổ chức sống cao cấp thấp hơn, phối hợp hoạt động thống theo chế điều hòa chung Tổ chức sống cao thừa hưởng đặc điểm tổ chức sống cấp thấp Mỗi CĐTCS có đặc điểm khác biệt trình thực chức sống tương tác phận cấu thành - Đó tính trồi hệ thống (Emergence) Từ đó, thấy rõ CĐTCS Hệ thống mở, tự điều chỉnh tiến hóa Như vậy, CĐTCS có đặc điểm cấu trúc chức riêng biệt Mỗi đặc trưng sống nêu hình thành sở tương tác qua lại có tính quy luật yếu tố cấu trúc CĐTCS với với mơi trường Những mối quan hệ có tính quy luật đối tượng nghiên cứu Sinh học hệ thống, nằm CĐTCS cụ thể tự nhiên 3.2 Nghiên cứu xác định nội hàm chủ đề sinh học cấp độ tổ chức sống Căn quan điểm xây dựng phát triển chương trình mơn sinh học phổ thông Bộ GD&ĐT tiếp cận theo CĐTCS, từ hệ nhỏ đến hệ lớn; xác định nội dung kiến thức liên quan với thể chương trình SGK, từ cấu trúc hóa thành hệ thống chủ đề để tạo thành chủ đề dạy học nội môn Chủ đề trung tâm mà từ phát triển ý xung quanh chủ đề Chủ đề cần bật, rõ ràng phải khái quát ý chủ đề nhỏ Trong hệ thống chủ đề, chủ đề khơng có giá trị ngang nên việc xác định đắn chủ đề lớn, chủ đề nhỏ góp phần quan trọng việc lý giải ý nghĩa hệ thống chủ đề (kể chủ đề liên môn) Từ kết nghiên cứu phân chia xác định số lượng CĐTCS, ta xem CĐTCS nêu chủ đề lớn (có ý nghĩa trung tâm - chủ đề chính) biểu đặc trưng sống chủ đề nhỏ (có ý nghĩa phận, làm bật chủ đề chính) Các chủ đề nhỏ là: Hình thái, cấu trúc, chuyển hóa vật chất lượng, sinh trưởng phát triển, cảm ứng/tự điều chỉnh, sinh sản, tiến hóa thích nghi Để tạo thuận lợi cho nghiên cứu xác định nội hàm chủ đề sinh học dạy học sinh học CĐTCS, xin nêu định nghĩa chi phối giúp định hướng việc cấu trúc hóa nội dung chủ đề/đặc trưng sống sau: Chủ đề / Đặc trưng sống Hình thái Cấu trúc Chuyển hóa vật chất lượng Định nghĩa Là dấu hiệu bên ngồi quan sát (đặc điểm hình dạng, kích thước…) giúp phân biệt hệ thống sống với hệ thống sống khác Là tổ hợp yếu tố cấu thành hệ thống mối quan hệ bền vững yếu tố quy định đặc điểm hệ thống sống chỉnh thể tồn vẹn Là q trình thu nhận, tổng hợp, phân giải thải chất gắn liền với chuyển hóa lượng hệ thống sống 283 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ Sinh trưởng phát triển Cảm ứng/Tự điều chỉnh Sinh sản Tiến hóa, Thích nghi Là q trình tăng lên tiêu hình thái (chủ yếu kích thước, thể tích, khối lượng) dẫn đến phân hóa cấu trúc hoàn thiện chức hệ thống sống Là phản ứng hệ thống sống trước tác động mơi trường giúp trì trạng thái cân động đặc trưng hệ thống Là trình tái sản sinh hệ thống sống có cấu trúc giống cấu trúc hệ thống sống sinh Là phản ứng hệ thống sống trước thay đổi môi trường đảm bảo cho tồn tại, phát triển tiến hóa, thích nghi hệ thống - Tiến hóa (Evolution) Sinh học thay đổi đặc tính di truyền quần thể qua hệ nối tiếp nhau, làm nảy sinh đa dạng CĐTCS - Thích nghi (Adapting) q trình làm cho hệ sống phù hợp tốt với môi trường sống chúng kết trực tiếp chọn lọc tự nhiên Sự thích nghi (Adaptation) q trình tiến hóa mà nhờ hệ sống có khả sống sót mơi trường tăng cường khả sinh sôi phát triển 3.3 Các kiến thức Di truyền học cấu trúc hóa chủ đề sinh học cấp độ tổ chức sống nào? Các nghiên cứu cho thấy kiến thức Sinh thái học sử dụng chủ yếu để cấu trúc hóa chủ đề sinh học CĐTCS thể Kiến thức Tiến hóa sử dụng để cấu trúc hóa chủ đề Tiến hóa thích nghi từ cấp độ Phân tử đến cấp độ Sinh thái Vấn đề kiến thức Di truyền học nên cấu trúc hóa chủ đề sinh học CĐTCS nào? 3.3.1 Các kiến thức Di truyền học cấu trúc hóa chủ đề Sinh sản cấp độ tổ chức sống Các kiến thức Di truyền học nên cấu trúc hóa vào chủ đề sinh sản (đặc trưng sinh sản dấu hiệu khơng có giới vơ sinh cấp độ sinh thái quyển) từ CĐTCS thấp đến cao Trong chủ đề sinh sản, người học học kiến thức di truyền biến dị, tính di truyền biến dị ln gắn với trình sinh sản sinh sản đảm bảo cho Tính liên tục sống Như vậy, đặc trưng sinh sản bên cạnh việc tạo hệ thống sống mới, sinh sản cịn có ý nghĩa việc trì tích lũy thơng tin di truyền Sự nhân đôi ADN coi sở sinh sản Bởi vì, trình sinh sản CĐTCS gắn với tự nhân đôi ADN Ở cấp độ phân tử: Chủ đề cung cấp kiến thức Di truyền phân tử chế tự nhân đôi ADN từ ADN mẹ tạo thành hai ADN giống giống mẹ Ngồi ra, cịn có chế phiên mã ngược virut nhờ enzim phiên mã ngược Ở cấp độ tế bào (cơ thể đơn bào): cung cấp kiến thức Di truyền nhiễm sắc thể qua sinh sản tế bào chế phân bào (trực phân tế bào nhân sơ, nguyên phân giảm phân tế bào nhân chuẩn) tạo thành hai tế bào con, chu kỳ tế bào Bản chất q trình truyền đạt thơng tin di truyền qua hệ tế bào Hệ thống kiến thức không giúp người học hiểu rõ vai trị tế bào q trình sinh sản, mà sở cho việc học tập nội dung tính quy luật tượng di truyền cấp độ thể (cơ thể đa bào) – Đó nội dung quy luật di truyền Menden, quy luật di truyền bổ sung cho Menden, Di truyền học người, Các ứng dụng di truyền học hình thức sinh sản vơ tính, sinh sản hữu tính, chu kỳ phát triển thể… Bản chất q trình truyền đạt thơng tin di truyền qua hệ 284 BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ thể Ở cấp độ quần thể/loài: Người học nghiên cứu Di truyền học cấp độ quần thể thông qua định luật Hacdi – van bec Ngoài ra, người học học nội dung khác liên quan đến sinh sản trình tạo nên quần thể từ quần thể ban đầu, thông qua tăng lên số lượng cá thể quần thể vượt giới hạn chịu đựng môi trường, biến cố địa chất, khí hậu, dẫn tới tượng tách đàn; tác động chọn lọc tự nhiên, nhân tố tiến hóa chế cách ly (đặc biệt cách ly sinh sản) dẫn tới hình thành quần thể Cách cấu trúc hóa lại kiến thức trên, đặc trưng sinh sản đảm bảo cho Tính liên tục sống nghiên cứu hai góc độ (Sinh sản Tính di truyền, biến dị) từ CĐTCS thấp đến cao 3.3.2 Các kiến thức Di truyền học cấu trúc hóa chủ đề Tiến hóa thích nghi cấp độ tổ chức sống Chủ đề Tiến hóa thích nghi dạy sau Trên sở người học trang bị kiến thức mang tính kiện tiến hóa giới thực vật động vật (cây phát sinh), phức tạp hóa tổ chức hệ sống, tiến hóa quan, hệ quan, hình thức sinh sản, CĐTCS thấp Đến CĐTCS Quần thể /loài, kiến thức kiện tiến hóa học làm sở để khái quát hóa thành kiến thức lý thuyết tiến hóa Ở cấp độ phân tử, tiến hóa thể khả tự biến đổi sửa chữa gen ADN Sự biến đổi lưu giữ lại thông qua chế nhân đôi ADN Trong q trình tiến hóa, tác dụng chọn lọc tự nhiên trình giao phối mà kiểu gen thích nghi tăng lên quần thể cịn kiểu gen khơng thích nghi bị đào thải Đây đột biến trung tính phân tử AND, có ý nghĩa tiến hóa nhỏ (theo Kimura) Ở cấp độ tế bào, tiến hóa thể khả tiếp nhận thông tin từ môi trường tế bào nhờ thụ thể màng sinh chất, thơng qua mà có phản ứng thích nghi với thay đổi môi trường giới hạn định Ở cấp độ thể, việc khái quát Thể thức cấu tạo chung thể đa bào sở cho người học nghiên cứu Các chứng tiến hóa Tương tự, kiến thức Tương tác cấu trúc CĐTCS Sinh sản đặc trưng đảm bảo cho tính liên tục sống giúp người học hiểu sâu sắc Quan điểm tiến hóa Lamac Đacuyn Ở cấp độ quần thể/lồi, chủ đề Tiến hóa thích nghi gồm kiến thức quan điểm tiến hóa sinh giới như: Quan điểm Darwin tiến hóa sinh giới, quan điểm đại tiến hóa (khái quát quan điểm tiến hóa Darwin khác với quan điểm Lamarck; khái niệm chọn lọc tự nhiên theo quan điểm Darwin bổ sung giải thích quan điểm tiến hóa đại; vai trị, chế kết chọn lọc tự nhiên q trình tiến hóa sinh giới; chứng tiến hóa) Sự tiến hóa quần thể: Tiến hóa nhỏ, Vai trị đột biến sinh sản hữu tính tiến hóa, Vai trị chọn lọc tự nhiên, Phiêu bạt di truyền dòng gene việc làm thay đổi tần số allele quần thể Từ đó, giải thích chọn lọc tự nhiên chế hình thành đặc điểm thích nghi sinh vật Các kiến thức Cấu trúc di truyền quần thể; cân di truyền; q trình tích lũy thơng tin di truyền,… người học xác định quần thể đơn vị tổ chức (Quần thể cấu trúc loài), đơn vị sinh sản (quá trình sinh sản thực diễn cấp độ quần thể), nội dung kiến thức Các nhân tố chế làm thay đổi cấu trúc di truyền quần thể làm sáng tỏ vai trị quần thể đơn vị tiến hóa sở Bởi vì, thực chất tiến hóa thay đổi cấu trúc di truyền quần thể Ngồi ra, người học cịn học kiến thức Nguồn gốc loài (Khái niệm loài sinh học, Q trình hình thành lồi qua cách ly địa lý; cách ly sinh sản, Nguồn gốc loài) Lịch sử sống Trái Đất (khái niệm tiến hóa lớn, trình phát sinh sống Trái Đất) Phát sinh chủng loại sống… 285 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM, ĐẠI HỌC HUẾ Qua phân tích cho thấy kiến thức Di truyền học nên cấu trúc hóa vào chủ đề Tiến hóa thích nghi CĐTCS, q trình tích lũy truyền đạt thơng tin di truyền (là dấu hiệu đặc trưng sinh sản) coi sở q trình tiến hóa Q trình chi phối chế phát sinh biến dị, chế di truyền biến dị chế chọn lọc Nếu khơng có tích lũy truyền đạt thơng tin di truyền, khơng có q trình tiến hóa Q trình hình thành đặc điểm thích nghi q trình hình thành lồi hệ tất yếu Q trình tích lũy truyền đạt thông tin di truyền KẾT LUẬN Tiếp cận Sinh học hệ thống phương pháp luận giúp chuyển hóa khoa học Sinh học khổng lồ thành mơn học Sinh học trường phổ thơng, nhằm tìm quy luật chất sống hướng đắn việc phát triển chương trình đại hóa nội dung SGK theo hướng hội nhập quốc tế Tiếp cận Sinh học hệ thống giúp phân chia xác định số lượng CĐTCS, giúp nội dung để cấu trúc hóa nội dung chủ đề/đặc trưng sống CĐTCS Từ đó, giúp đề xuất phương án cấu trúc chương trình triển khai biên soạn nội dung dạy học sinh học CĐTCS trường phổ thông Cách tiếp cận cấu trúc hóa xếp lại hệ thống kiến thức sinh học thành chủ đề nội mơn phân tích cho thấy: Việc nghiên cứu phân chia hệ thống chủ đề Sinh học theo CĐTCS phương thức hữu hiệu khả thi, vừa đáp ứng quan điểm xây dựng phát triển chương trình mơn sinh học phổ thơng tiếp cận theo CĐTCS, từ hệ nhỏ đến hệ lớn; vừa giúp đại hóa nội dung SGK theo hướng hội nhập quốc tế, khắc phục cách biên soạn nội dung dạy học kiến thức chuyên ngành sinh học túy (cách biên soạn nội dung dạy học kiến thức chuyên ngành sinh học nên dành cho chuyên đề tự chọn cấp THPT) TÀI LIỆU THAM KHẢO Dương Tiến Sỹ (2006) Quán triệt tư tưởng cấu trúc – hệ thống tư tưởng tiến hóa sinh giới dạy học Sinh học trường phổ thơng Tạp chí Giáo dục, Số 142 kỳ 2-7/2006, tr 37-39 [2] Dương Tiến Sỹ Tích hợp giáo dục môi trường qua dạy học Sinh học trường phổ thông Bài giảng chuyên đề đào tạo SĐH [3] A.A Ma-li-rơp-xki (1970) Thuyết cấu trúc vị trí phương pháp luận hệ thống, Trong cuốn: Những vấn đề nghiên cứu hệ thống NXB Khoa học, Mat-xcơ-va [4] Nell A Campbell & Jane B Reece (2008) Biology, Google.com/intl/en,15 [5] P I Gupalô (1971) Phương pháp luận hệ thống ý nghĩa sinh học, Sinh học nhà trường, Số 2, Mat-xcơ-va [6] P Duvignau (1963) Những tư tưởng xây dựng môn Sinh học trường trung học, Pa - ri Ocde [7] Ph L’ Héritier G Rizet (1963) Cải cách môn Sinh học trường sư phạm Pa- ri Báo cáo Ocde - nước khối cộng đồng phát triển kinh tế, tr.77 [8] K M Khai-lôp (1966) Vấn đề liên quan tổ chức tiến hóa CĐTCS, Tạp chí: Những vấn đề triết học, Số 4-1966 [9] V.A Alếc-xây-ép (1972) Mối tương quan hai phương pháp luận lịch sử cấu trúc hệ thống nhằm nghiên cứu chất mức độ tổ chức sống, Trong cuốn: Phát triển khái niệm mức độ cấu trúc, NXB Khoa học, Mat-xcơ-va, 1972 [10] W Voigt Béclin (1969) Quan điểm hệ thống - cấu trúc vận dụng vào giảng dạy Sinh học, Sinh học nhà trường, Số [1] 286 BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ Title: STUDY ON CLASSIFICATION OF BIOLOGIAL TOPIC SYSTEM LEVELS OF LIVING ORGANIZATIONS IN TEACHING HIGH SCHOOL BIOLOGY Abstract: Living things exist in a variety of systems, which interwoven in relationships and overlapping structures In the world, there are hundreds of books that study about classification of different living systems due to different types of approaches, depending on the purpose of the study To date, in the history of philosophy as well as in biology, there are a lot of arguments about the classification criteria and the determination the number of different levels of living organizations This article outlines some basic criteria based on systematic biological approach to specify the number of different levels of living organizations This contributes to orient the content of the topics towards the modernization of biology textbook content for international integration, and to overcome the content compilation of biology textbook with the current pure knowledge of biology Keywords: System, topic, biology topic, levels of living organizations 287 ... vậy, đối tượng nghiên cứu Sinh học hệ thống rộng đối tượng nghiên cứu Sinh thái học vì: Sinh học hệ thống nghiên cứu CĐTCS từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái Sinh học hệ thống khoa học liên quan... nghiên cứu Sinh học hệ thống hệ thống sống từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái Mục tiêu cuối Sinh học hệ thống mơ hình hóa cách thức hoạt động hệ thống sống CĐTCS khác từ cấp độ Phân tử đến Sinh thái... Tổ chức sống đơn vị cấu trúc sở để xây dựng tổ chức sống cấp trên, ổn định tổ chức sống cấp điều kiện tồn tổ chức sống cấp Mỗi CĐTCS có cấu trúc chức sống định chịu lệ thuộc vào cấp tổ chức sống