1.2.6.1. Khái niệm tiếp cận hệ thống
Tiếp cận được hiểu là cách tiến đến đối tượng, nghiên cứu đối tượng theo cách nào đó. 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
20
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.
TCHT trong học thuyết của Benalanffy là sự kết hợp giữa phương pháp phân tích và tổng hợp. Bertalanffy cho rằng tất cả các hệ thống được các nhà vật lý
nghiên cứu là hệ thống cô lập - hệ thống không có tương tác gì (trao đổi VC&NL)
với môi trường bên ngoài [23].
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, SV 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 VC&NL 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 [17].
1.2.6.2. 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 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.
21
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 [17].
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 tác này làm nảy sinh những kết luận đáng chú ý so với những kết luận do phân tích thành phần mang lại.
1.2.6.3. Tiếp cận hệ thống trong dạy học Sinh học
Tính hệ thống của sinh giới: 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 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
22
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[40].
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 QT - loài QX HST SQ. 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 QT. 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.
Mỗi cấp TCS từ tế bào, cơ thể, QT, QX đến hệ SQ 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
23
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.
1.2.6.4. Vận dụng tiếp cận hệ thống trong dạy học Sinh học
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 (approach) 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.
Tiếp cận cấu trúc - hệ thống là việc nghiên cứu khách thể với tư cách là một hệ thống bằng một hệ thống phương pháp. Hệ thống phương pháp này có bản chất là sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống một cách khoa học, phù hợp với quy luật tự nhiên.
Phương pháp phân tích cấu trúc là thao tác tư duy đi từ cái toàn thể đến cái bộ phận thông qua xác định thành phần và cấu tạo của hệ thống. Cách tiếp cận này giúp ta nghiên cứu sâu hơn, chi tiết hơn các thông số và đặc tính của hệ thống.
Phương pháp tổng hợp hệ thống là thao tác tư duy đi từ cái bộ phận đến cái toàn thể thông qua việc xác định cấu trúc và hệ thống. Phương pháp này xem xét đối tượng trong hệ thống như một hệ toàn vẹn, thông qua giải quyết những mâu thuẫn bên trong, do sự tương tác hợp quy luật giữa các thành phần trong hệ thống từ đó tìm ra bản chất toàn vẹn của hệ thống.
Phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống luôn gắn liền với nhau đem lại cách nhận thức biện chứng về mối quan hệ giữa bộ phận và toàn thể. Điều này có nghĩa
24
là trong một hệ thống các yếu tố luôn được xem xét trong một chỉnh thể thống nhất, thống nhất giữa các yếu tố trong hệ thống, thống nhất giữa các yếu tố của hệ thống với môi trường (hình 1.3).
Hình 1.3. Mối quan hệ giữa hệ thống và môi trường
Phân tích cấu trúc giúp ta đi sâu vào nghiên cứu các bộ phận của chỉnh thể còn tổng hợp hệ thống lại chỉ ra phương hướng cho sự phân tích tiếp theo, giống như người đi rừng nếu chỉ mải mê với từng cây trong rừng mà không chú ý tới việc xác định lại phương hướng thì bị lạc lối hoặc dù không lạc lối cũng sẽ khó bao quát hết được cả khu rừng.
Cách TCHT không chỉ là tổng hợp và phân tích thuần tuý mà còn là phân tích sâu. Nếu như phân tích thuần tuý (phân tích bộ phận) chỉ tập trung vào việc tách bạch từng phần của đối tượng được nghiên cứu thì TCHT tập trung vào cách đối tượng được nghiên cứu tương tác với các thành phần khác của hệ thống có chứa nó. Phân tích thuần tuý bị hạn chế là thấy cây mà không thấy rừng, tổng hợp thuần tuý thì bị hạn chế là thấy rừng mà quên cây. Chỉ có tiếp cận cấu trúc - hệ thống mới khắc phục được những hạn chế của hai phương pháp trên đồng thời còn khắc phục được sự tương tác giữa cấu trúc và chức năng của hệ thống. Vì muốn hiểu được chức năng phải hiểu được sự tương tác giữa các bộ phận cấu trúc, mặt khác qua sự tương tác bộ phận đó mỗi bộ phận cấu trúc sẽ bộc lộ chức năng của nó. Sự tương tác giữa các bộ phận trong hệ thống sẽ tạo cho hệ thống những thuộc tính nổi trội vốn không có ở các bộ phận riêng lẻ [15].
Vận dụng TCHT khi nghiên cứu các cấp độ TCS cần làm rõ: Thành phần, cấu trúc, cấu tạo, toàn thể (hình 1.4)
25
Hình 1.4. Các thành tố của hệ thống sống
- 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 toàn thể thành những bộ phận khác nhau. Khi nghiên cứu cấp độ TCS ta phải xác định đầy đủ các bộ phận cấu thành đồng thời phải chú ý mối liên hệ giữa các bộ phận bên trong của cấp độ TCS và mối liên hệ giữa hệ thống sống với môi trường.
- Cấu trúc: Cấu trúc của hệ chính là tổ chức bên trong bao gồm các bộ phận và cách thức tương tác giữa chúng. Sự tác động qua lại giữa các yếu tố cấu trúc đã sinh ra động lực tự thân vận động, phát triển của hệ thống. Khi nói đến cấu trúc là nói đến các bộ phận có quan hệ với nhau tạo nên một hệ thống về mặt không gian.
- Cấu tạo: Là nói tới những bộ phận có quan hệ với nhau tạo nên một toàn thể về mặt không gian.
- Toàn thể: Các bộ phận của hệ kết hợp và tương tác với nhau làm phát sinh những thuộc tính mới không có ở bộ phận thành phần của hệ. Mức độ toàn vẹn của một cấp độ TCS cao bao giờ cũng cao hơn so với mức toàn vẹn của một cấp độ TCS thấp hơn. Sự tồn tại, phát triển của mỗi hệ thống được vận động điều hoà bởi sự phân huỷ và kiến tạo của các hệ cấu thành của cấp độ thấp hơn.