Vận dụng lý thuyết hệ thống trong dạy học bài tập quy luật di truyền (sinh học 12 THPT)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM NÔNG THÚY QUỲNH VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRONG DẠY- HỌC BÀI TẬP QUY LUẬT DI TRUYỀN SINH HỌC 12-THPT Chuyên nghành: Lý luận và phương

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NÔNG THÚY QUỲNH

VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRONG DẠY-

HỌC BÀI TẬP QUY LUẬT DI TRUYỀN

(SINH HỌC 12-THPT)

Chuyên nghành: Lý luận và phương pháp dạy học Sinh học

Mã số: 60.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Phúc Chỉnh

Thái Nguyên - 2015

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực chưa từng được công bố trong một công trình khoa học nào khác

Tác giả

Nông Thúy Quỳnh

XÁC NHẬN CỦA NGƯỜI HƯỚNG

DẪN KHOA HỌC

PGS.TS Nguyễn Phúc Chỉnh

XÁC NHẬN CỦA KHOA SINH–

KTNN Trưởng khoa

LỜI CẢM ƠN

Tác giả luận văn xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Phúc Chỉnh đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện để tác giả thực hiện luận văn

Tác giả cũng xin chân thành cảm ơn tập thể thầy cô trong tổ bộ môn phương pháp giảng dạy thuộc khoa Sinh – KTNN, khoa sau đại học Sư phạm Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ cho tác giả nghiên cứu, học tập và hoàn thành luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu cùng các thầy cô giáo tổ Sinh - Hóa trường THPT Việt Bắc– TP Lạng Sơn, trường THPT Cao Lộc – Lạng Sơn

đã tạo điều kiện thuận lợi và hợp tác cùng chúng tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và TN đề tài

Xin cảm ơn gia đình, bạn bè, đồng nghiệp đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này

Tác giả luận văn

Nông Thúy Quỳnh

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt iv

Danh mục các bảng v

Danh mục các hình vi

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC VẬN DỤNG LÝ THUYẾT HỆ THỐNG TRONG DẠY- HỌC BÀI TẬP QUY LUẬT DI TRUYỀN 7

1.1 Tình hình nghiên cứu lý thuyết hệ thống 7

1.1.1 Tình hình nghiên cứu lý thuyết hệ thống trên thế giới 7

1.1.2 Tình hình nghiên cứu lý thuyết hệ thống ở Việt Nam 8

1.2 Cơ sở lý thuyết của lý thuyết hệ thống 9

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản của lý thuyết hệ thống 9

1.2.2 Cơ cấu của hệ thống 11

1.2.3 Chức năng và ngôn ngữ của hệ thống 12

1.2.4 Môi trường của hệ thống 12

1.2.5 Những nguyên lý của lý thuyết hệ thống 13

1.2.6 Những tính chất cơ bản của cơ cấu hệ thống 13

1.2.7 Phân loại hệ thống 20

1.3 Cơ sở thực tiễn của đề tài 21

1.3.1 Điều tra thực trạng dạy – học bài tập quy luật di truyền ở trường phổ thông 21 1.3.2 Khả năng giải bài tập quy luật di truyền của học sinh ở trường phổ thông 24

Chương 2 VẬN DỤNG LÍ THUYẾT HỆ THỐNG TRONG DẠY-HỌC BÀI

TẬP QUY LUẬT DI TRUYỀN 28

2.1 Phân tích cấu trúc nội dung di truyền học ở trường phổ thông 28

2.2 Các dạng bài tập quy luật di truyền 29

2.2.1 Các dạng bài tập về quy luật di truyền của Menđen 29

2.2.2 Bài tập về quy luật di truyền liên kết 30

2.2.3 Bài tập về quy luật tác động qua lại giữa các gen 31

2.2.4 Bài tập về quy luật di truyền liên kết giới tính 33

2.3 Các bước giải các BT QLDT theo phương pháp thông thường 34

2.4 Tiếp cận nghiên cứu hệ thống trong dạy- học bài tập quy luật di truyền 34

2.4.1 Nguyên tắc tiếp cận hệ thống trong dạy - học bài tập quy luật di truyền 34

2.4.2 Các các tiếp cận hệ thống trong dạy - học bài tập quy luật di truyền 35

2.5 Phương pháp nghiên cứu hệ thống 39

2.5 1 Phương pháp phân tích cấu trúc 39

2.5.2 Phương pháp tổng hợp hệ thống 41

2.5.3 Mối quan hệ giữa phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống 41 2.6 Quy trình dạy - học bài tập quy luật di truyền bằng lý thuyết hệ thống 45 2.7 Các ví dụ minh họa cho từng dạng bài tập quy luật di truyền 48

2.7.1 Dạng tập về quy luật di truyền của Menđen 48

2.7.2 Dạng bài tập di truyền liên kết 49

2.7.3 Dạng bài tập di truyền liên kết với giới tính 51

2.7.4 Dạng bài tập tương tác gen: 53

Chương 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 56

3.1 Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 56

3.1.1 Mục đích 56

3.1.2 Nhiệm vụ 56

3.2 Nội dung và phương pháp thực nghiệm 56

3.2.1 Nội dung thực nghiệm 56

3.2.2 Phương pháp thực nghiệm 57

3.3 Kết quả TN sư phạm 59

3.3.1 Phân tích kết quả định lượng 59

3.3.2 Kết quả phân tích định tính 68

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 70

72

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1: Nguyên nhân HS chưa đạt hiệu quả cao khi giải BT QLDT 21

Bảng 1.2: Lý do HS cần học cách giải BT QLDT 22

Bảng 1.3: Phương tiện giúp HS học cách giải BT QLDT 23

Bảng 1.4: Thời gian dạy BT QLDT của GV phổ thông 23

Bảng 1.5: Phương pháp giảng dạy BT QLDT của GV phổ thông 23

Bảng 1.6: Kết quả điều tra khả năng giải BT QLDT của HS phổ thông 25

Bảng 2.1: So sánh các điểm đặc trưng của hai cách tiếp cận phân tích và tổng hợp 38

Bảng 3.1: Kết quả chọn lớp TN và GV TN 59

Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm các bài kiểm tra TN 60

Bảng 3.3: Bảng tần suất (f%): Số HS đạt điểm xi của hai nhóm TN và ĐC 60

Bảng 3.4.Tần suất ( f%) hội tụ tiến điểm các bài kiểm tra 61

Bảng 3.5 Kiểm định Xđiểm kiểm tra 63

Bảng 3.6 Phân tích phương sai điểm kiểm tra 64

Bảng 3.7: Bảng tần số điểm bài kiểm tra sau TN 64

Bảng 3.8: Bảng tần suất (f%) điểm bài kiểm tra sau TN 65

Bảng 3.9: Tần suất hội tụ tiến điểm bài kiểm tra sau TN 66

Bảng 3.10 Kiểm định X điểm kiểm tra sau TN 67

Bảng 3.11 Phân tích phương sai sau TN 67

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang Hình 2.1: Sơ đồ - Sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích - cấu trúc và tổng

hợp - hệ thống 42

Hình 2.2: Quy trình dạy học BTQLDT bằng LTHT 47

Hình 3.1:Biểu đồ tần suất (fi %) – Số HS đạt điểm xi trong TN 61

Hình 3.2 Đồ thị biểu diễn tần suất hội tụ tiến trong TN 62

Hình 3.3: Biểu đồ tần suất (f%) sau TN 65

Hình 3.4: Đồ thị tần suất (f%) hội tụ tiến điểm kiểm tra sau TN 66

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1 Xuất phát từ nhiệm vụ đổi mới phương pháp dạy học

Trong đường lối xây dựng và phát triển đất nước, Đảng và nhà nước ta rất

quan tâm đến sự nghiệp giáo dục, coi “Giáo dục – Đào tạo là quốc sách hàng

đầu” [8] Trong đó, con người luôn được coi là nhân tố quan trọng nhất “vừa là động lực, vừa là mục tiêu’’ cho sự phát triển bền vững của xã hội

Nghị quyết Trung ương 8 khoá XI của Đảng cộng sản Việt Nam [8] đã khẳng định: "Phải đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của học sinh (HS) Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho HS "

Đổi mới phương pháp dạy học là một nhiệm vụ quan trọng nhằm nâng cao chất lượng giáo dục, đào tạo ra những con người phát triển toàn diện đáp ứng nhu

cầu phát triển kinh tế hiện nay Điều 28.2 của Luật Giáo dục có nêu: “Phương

pháp giáo dục phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kỹ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho học sinh’’ [9]

Văn kiện Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ IX của Đảng cộng sản Việt Nam tiếp tục khẳng định quan điểm định hướng cho việc phát triển giáo dục và yêu cầu “Phát huy tính độc lập suy nghĩ và sáng tạo của học sinh, sinh viên để nâng cao năng lực tự học, tự hoàn thiện học vấn và tay nghề” [6]

Tiếp tục thực hiện nhiệm vụ phát triển giáo dục theo Nghị quyết Đại hội lần thứ XI của Đảng [9], Kết luận số 51-KL/TW ngày 29/10/2012 của Ban chấp hành TW Đảng và Chỉ thị số 02/CT-TTg ngày 22/01/2013 của Thủ tướng

Một trong những giải pháp đề xuất của Chiến lược phát triển giáo dục 2011- 2020 là: “Đổi mới và hiện đại hoá phương pháp giáo dục Chuyển từ việc truyền đạt tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phương pháp

tự học, tự thu thập thông tin một cách hệ thống và có tư duy phân tích, tổng hợp; phát triển được năng lực của mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động, tích cực tự chủ của học sinh” [17]

Hiệu quả của việc lĩnh hội tri thức của học sinh phụ thuộc vào các yếu tố của quá trình dạy học: Mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện, hình thức

tổ chức dạy học, đánh giá… Trong đó, một trong những yếu tố quyết định hiệu quả dạy - học đó là phương pháp dạy học Sử dụng những phương pháp dạy học

để học sinh phát huy được “Khả năng độc lập suy nghĩ, giúp cho cái thông minh của học sinh làm việc chứ không phải giúp cho họ có trí nhớ Phải có trí nhớ, nhưng chủ yếu là phải giúp cho họ phát triển trí thông minh sáng tạo” [9]

Do yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học, đòi hỏi người GV phải tìm tòi sáng tạo trong quá trình dạy học từ khâu thiết kế bài dạy đến khâu dạy học Hiện nay, công nghệ thông tin (CNTT) đang phát triển với tốc độ rất nhanh Chính vì vậy, việc ứng dụng CNTT vào Giáo dục đã trở thành mối ưu tiên của nhiều quốc gia [4], “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp học và bậc học, kết hợp tốt học với hành, gắn nhà Trường với xã hội Áp dụng những phương pháp dạy học hiện đại để bồi dưỡng cho học sinh những năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề”[9]

Như vậy, đổi mới phương pháp giáo dục là một vấn đề thời sự và cần đặc biệt quan tâm để sự nghiệp giáo dục của nước ta ngày càng phát triển

1.2 Xuất phát từ thực trạng dạy - học bài tập quy luật di truyền ở trường phổ thông

Phần Di truyền học (Sinh học 12) [2] là chương trình khó, đặc biệt là

phần kiến thức về các QLDT và BT QLDT Các dạng BT QLDT trong

chương trình Sinh học 12 đa dạng và phức tạp Điều đó, đòi hỏi người học phải nắm vững lý thuyết về QLDT để vận dụng vào giải các BT Đồng thời,

GV cần rèn luyện cho HS khả năng tư duy logic để giúp các em tư duy có hệ thống trong quá trình giải BT [12]

Tuy nhiên, việc phát huy tính tích cực và sáng tạo của HS ở các trường phổ thông hiện nay chưa thực sự đạt hiệu quả cao Đặc biệt là trong quá trình dạy – học cách giải các BT di truyền Nguyên nhân chủ yếu là do GV chọn lựa, phối hợp các phương pháp, biện pháp giảng dạy chưa phù hợp, chưa tạo được nhu cầu học cho HS, phát huy tính sáng tạo để nâng cao khả năng nhận thức và

tư duy của bản thân Về phía học sinh nhiều em chưa có phương pháp học tập phù hợp, học theo kiểu thụ động hoặc xem môn sinh là môn học phụ điều đó đã ảnh hưởng không ít đến chất lượng học bộ môn

Như vậy để có thể nâng cao chất lượng dạy và học môn sinh nói chung và

BT QLDT nói riêng đòi hỏi cần phải có nhưng biện pháp cụ thể nhất là hình thành cho học sinh khả năng tư duy, logic và kỹ năng giải BT QLDT để khắc phục những hạn chế của học sinh hiện nay

1.3 Xuất phát từ đặc điểm của việc vận dụng lý thuyết hệ thống trong dạy học

LTHT được đề xướng năm 1940 bởi nhà sinh vật học Ludwig von Bertallanffy Ngay từ khi hình thành, các nhà sáng lập đã đưa ra một hệ thống các các quan niệm và các vấn đề cơ bản như tính toàn thể, tính nổi trội, tính

mở, tính nội cân bằng, tính tổ chức và tự tổ chức của hệ thống…

Sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống đã sản sinh ra phương pháp tiếp cận cấu trúc hệ thống Tiếp cận cấu trúc hệ thống là cách thức xem xét đối tượng như một hệ toàn vẹn tự sinh thành và phát triển thông qua giải quyết mâu thuẫn nội tại do sự tương tác hợp QL của các thành tố, là cách phát hiện ra logic phát triển của đối tượng

từ lúc sinh thành đến lúc trở thành một hệ toàn vẹn mang một chất lượng toàn vẹn thích hợp

Tiếp cận hệ thống khách quan tức là phải phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống một cách khoa học, phù hợp với QL tự nhiên Tiếp cận hệ thống định hướng phương pháp luận của nhận thức khoa học chuyên hóa mà cơ sở của nó

là xem đối tượng nghiên cứu là các hệ thống , hướng vào khám phá tính chỉnh thể của đối tượng và các cơ chế đảm bảo tính chỉnh thể đó, vào việc làm sảng

tỏ các mối liên hệ đa dạng của các đối tượng phức tạp Đó chính là bản chất đặc thù phương pháp luận của tiếp cận hệ thống

Như vậy, tiếp cận hệ thống là phương pháp luận để nghiên cứu hệ sống trên cơ sở phân tích những dấu hiệu bản chất của hệ sống

Vận dụng tiếp cận hệ thống để lựa chọn con đường logic hợp lý, tổ chức cho học sinh hệ thống hóa, khái quát hóa các kiến thức sinh học chuyên khoa

để hình thành các khái niệm, quá trình …sinh học

Xuất phát từ những lý do nêu trên mà tôi đã lựa chọn đề tài “ Vận

dụng lý thuyết hệ thống trong dạy học bài tập quy luật di truyền (Sinh học 12-THPT)”

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu LTHT để ứng dụng vào trong dạy - học BT QLDT (Sinh học 12-THPT) nhằm nâng cao hiệu quả giải BT QLDT cho HS

3 ĐỐI TƢỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

* Đối tƣợng nghiên cứu

Dạy bài tập quy luật di truyền theo lý thuyết hệ thống

* Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy các bài tập quy luật di truyền (sinh học 12)

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu vận dụng những nguyên tắc và quy trình dạy – học BT QLDT theo LTHT mà đề tài đề xuất, sẽ giúp học sinh hình thành khả năng tư duy, logic và

kỹ năng giải BT QLDT, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học bộ môn

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

- Nghiên cứu cơ sở LTHT

- Nghiên cứu LTHT, vận dụng LTHT vào dạy học BT QLDT (Sinh học 12)

- Tổ chức TN sư phạm và xử lí kết quả TN sư phạm để kiểm chứng phương án đề ra

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận

- Nghiên cứu những văn bản có tính pháp lý cao của Đảng và Nhà nước,

Bộ giáo dục và Đào tạo liên quan đến đề tài luận văn

- Nghiên cứu nội dung, chương trình SGK sinh học 12, các sách tham khảo khác và các tài liệu có liên quan đến đề tài

6.2 Phương pháp điều tra, quan sát

- Điều tra thực trạng về vận dụng LTHT trong dạy học BT QLDT (SH 12) tại một số trường THPH Tỉnh Lạng Sơn Dự giờ, tổng kết rút kinh nghiệm

- Tham khảo ý kiến đồng nghiệp, học sinh về việc vận dụng LTHT trong dạy học sinh học nhằm nâng cao chất lượng dạy học và đạt hiệu quả, chất lượng học tập của học sinh THPT

6.3 Phương pháp TN sư phạm

- Dạy thử nghiệm một số tiết trên lớp trong đó có vận dụng LTHT trong dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học và đạt hiệu quả, chất lượng học tập đối với học sinh đã đề xuất trong luận văn nhằm đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của đề tài

- Dùng phiếu điều tra đánh giá tính hiệu quả của đề tài thông qua ý kiến đánh giá của GV, phiếu trưng cầu ý kiến của học sinh

6.4 Phương pháp thống kê toán học

Dùng phương pháp thống kê toán học bằng phần mềm Microsoft Exel để

xử lý số liệu trước và sau khi TN sư phạm

7 GIỚI HẠN VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Giới hạn nghiên cứu: Đề tài chỉ nghiên cứu, vận dụng lý thuyết hệ thống trong dạy học bài tập quy luật di truyền– Sinh học 12 – THPT

8 ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

- Góp phần làm sáng tỏ cơ sở LTHT và một số nguyên tắc vận dụng LTHT trong dạy học bài tập QLDT

- Đề xuất quy trình dạy – học BT QLDT bằng LTHT gồm 4 bước

Bước 1: Mô hình hoá hệ thống

Bước 2: Phân tích cấu trúc

Bước 3: Tổng hợp hệ thống

Bước 4: Đưa ra phương án tối ưu

- Giúp HS biết cách nhận dạng bài tập QLDT và định hướng cho HS phương pháp tự giải bài tập có hệ thống và sáng tạo

9 CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận và đề nghị, nội dung luận văn gồm ba chương: Chương 1: Cơ sở khoa học của việc vận dụng lý thuyết hệ thống trong dạy học bài tập quy luật di truyền

Chương 2: Vận dụng lý thuyết hệ thống trong dạy học bài tập quy luật di truyền (SH 12- THPT)

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

1.1.1 Tình hình nghiên cứu lý thuyết hệ thống trên thế giới

Khái niệm hệ thống và quan điểm hệ thống đã được hình thành và nghiên cứu trong suốt tiến trình phát triển của lịch sử triết học Sự phát triển của tư tưởng hệ thống gắn liền với sự phát triển của thế giới triết học, phù hợp với sự tiến bộ của khoa học và thực tiễn xã hội

Năm 1940 L.V Bertalanffy đưa ra “lý thuyết chung của các hệ thống”, để

mô tả các hệ thống mở và các trạng thái cân bằng động Từ lĩnh vực sinh học các nguyên tắc của lý thuyết này được chuyển sang giải quyết những vấn đề kĩ thuật và quản lí xã hội

Vào đầu những năm 1970, Lý thuyết Nhiễu loạn (chaos) xuất hiện góp phần cho "Lý thuyết chung về hệ thống" của Bertalanffy phát triển Đó là khoa học về các quá trình chứ không phải về các trạng thái cụ thể, về cái sắp hình thành chứ không phải của cái đã xác lập Lý thuyết Nhiễu loạn được coi là cuộc cách mạng khoa học lớn sau thuyết Tương đối và Cơ học lượng tử Thuyết Tương đối phá bỏ quan niệm về không gian, thời gian tuyệt đối; thuyết

Cơ học lượng tử phá bỏ quan niệm về thế giới vật chất có thể cân, đong, đo đếm; còn thuyết Nhiễu loạn phá bỏ quan niệm về tính bất định trong tiến hóa của các hệ thống

Như vậy, lý thuyết Nhiễu loạn đánh dấu việc chấm dứt sự phân cách giữa các lĩnh vực khoa học khác nhau, nó đòi hỏi cách nhìn thế giới như một tổng thể, đó chính là lí thuyết cơ bản dẫn đến sự phát triển mạnh mẽ của LTHT sau này

Các khái niệm hệ thống lý giải cái tổng thể, cái nhiễu loạn Đó là một thách thức với người đọc, bởi vì "tư duy hệ thống là tư duy phi truyền thống dành cho những độc giả phi truyền thống" [23]

Có nhiều công trình nghiên cứu về LTHT như “Thuyết cấu trúc và vị trí của nó trong phương pháp luận hệ thống” [21] “Vấn đề liên quan giữa sự tổ chức và tiến hoá của các hệ thống sống” [24] “Nguyên lý tính hệ thống trong

lý luận và phương pháp luận của C.Mác” [27]

LTHT đã được vận dụng trong nhiều lĩnh vực như quản lý, kinh doanh, tổ chức nhân sự, kinh tế, giáo dục…

Một trong những ứng dụng phổ biến của LTHT là lý thuyết Graph Lý thuyết Graph hiện đại được xem như ra đời vào năm 1736 khi Leonhard đã đặt

và giải bài toán rất nổi tiếng về bảy chiếc cầu Konigburg Lý thuyết Graph đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực Claude Berge (1985) đã viết cuốn “Lý thuyết Graph và những ứng dụng của nó” [22] Trong cuốn sách này tác giả đã trình bày những khái niệm và định lí toán học cơ bản của lý thuyết Graph, đặc biệt là những ứng dụng của lí thuyết Graph trong nhiều lĩnh vực

Trong dạy học lý thuyết Graph được vận dụng rất phổ biến: V.P.Garkumop (1972) đã ứng dụng Graph để mô hình hoá các tình huống dạy học nêu vấn đề, từ đó phân loại các tình huống có vấn đề của bài học Trong dạy học Sinh học lý thuyết Graph được ứng dụng trong việc xây dựng giáo trình sinh học như: “cải cách bộ môn sinh học trong trường sư phạm” , “ Quan

điểm hệ thống – cấu trúc vận dụng vào dạy học sinh học” [29] “Mối tương

quan giữa hai phương pháp luận lịch sử và cấu trúc - hệ thống nhằm nghiên cứu bản chất và các mức độ tổ chức của sự sống” [28]

1.1.2 Tình hình nghiên cứu lý thuyết hệ thống ở Việt Nam

Phan Dũng (1996) người đầu tiên vận dụng LTHT để nghiên cứu "Về hệ thống và tính ì hệ thống" Đây là tập tài liệu mỏng không được phát hành rộng

rãi đã sử dụng LTHT làm cơ sở của sáng tạo khoa học chứ chưa nhằm ứng dụng vào các hệ thống thực tiễn

Dương Tiến Sỹ người đầu tiên vận dụng LTHT vào xây dựng cơ sở lí luận tiếp cận hệ thống để tích hợp hữu cơ việc dạy Sinh thái học với Giáo dục môi trường Nghiên cứu đã đem lại cho GV một chỉ dẫn phương pháp luận đảm bảo thực hiện tốt nhiệm vụ Giáo dục môi trường qua dạy học Sinh thái học ở trường phổ thông, cho phép dạy một nội dung đạt hai mục tiêu [13], [14], [15], [16]

Nguyễn Đình Hoè (2005) người đầu tiên vận dụng LTHT vào các hệ thống thực tiễn như nghiên cứu tiếp cận hệ thống và kiến tạo chỉ số trong quản

lí môi trường nuôi trồng thủy sản ven biển

LTHT đã được vận dụng trong một số lĩnh vực như: Hoàng Tụy đã tiếp cận và áp dụng LTHT vào nghiên cứu toán học [19] hay Đào Thế Tuấn đã áp dụng LTHT trong nghiên cứu xã hội học nông thôn [18] Một số tác giả khác

đã vận dụng LTHT trong phân tích kinh doanh hay hiện nay còn có các tài liệu

về tư duy hệ thống ứng dụng vào quản trị doanh nghiệp

Trong dạy học đã có một số để tài nghiên cứu liên quan vấn đề này như

“Xây dựng và sử dụng bảng hệ thống trong dạy học sinh học lớp 11 THPT”, luận văn thạc sĩ giáo dục học của tác giả Trần Hoàng Xuân (2003) hay Nguyễn Thị Nguyệt Ánh (2008) “Xây dựng các bài tổng kết chương Sinh học 11 theo quan điểm cấu trúc - hệ thống”, luận văn thạc sĩ sư phạm sinh học - Trường ĐHGD [1]

1.2 Cơ sở lý thuyết của lý thuyết hệ thống

1.2.1 Một số khái niệm cơ bản của lý thuyết hệ thống

Để vận dụng một cách có hiệu quả “Lý thuyết hệ thống” trong các lĩnh vực hoạt động của cuộc sống, cần hiểu rõ những vấn đề cơ bản của hệ thống để

từ đó có những cách tiếp cận hợp lý

Theo Từ điển Bách khoa Việt Nam: Hệ thống là một tập hợp những yếu

tố, những bộ phận có mối quan hệ qua lại với nhau, tác động lẫn nhau và tạo thành một chỉnh thể nhất định

Như vậy, có thể hiểu một cách khái quát: Hệ thống là tổ hợp các yếu tố cấu trúc có mối quan hệ, tác động tương hỗ lẫn nhau theo những QL

trong mối quan hệ qua lại ở hệ thốn

những tính chất khác nhau của các hệ thống

1.2.1.2 Phần tử

đơn vị chức năng của hệ thống Để hiểu về hệ thống, cần phải biết trạng thái của các phần tử và trạng thái của mối liên hệ giữa chúng

Ví dụ, nếu coi tế bào là một hệ thống thì các bào quan là phần tử của hệ thống tế bào

Khái niệm hệ thống và phần tử mang tính chất chủ quan và tương đối Lênin đã quan niệm hệ thống là cái toàn thể còn phần tử là cái bộ phận và

“trong điều kiện nhất định toàn thể là bộ phận, bộ phận là toàn thể” [16] Ví dụ, nếu xét cơ thể là một hệ thống thì các hệ cơ quan là các phần tử Nhưng hệ cơ quan lại là hệ thống bao gồm các phần tử là các cơ quan …

1.2.2 Cơ cấu của hệ thống

1.2.2.1 Khái niệm cơ cấu hệ thống

Cơ cấu của hệ thống là sự sắp xếp trật tự của các bộ phận, các phần tử và các quan hệ giữa chúng theo cùng một dấu hiệu nào đó

1.2.2.2 Các kiểu cơ cấu hệ thống

- Cơ cấu cơ học

Là sự liên kết của các phần tử trong hệ thống về mặt cơ học hoặc về mặt không gian Xét theo cơ cấu này, chúng ta thường sử dụng khái niệm cấu trúc tức là những bộ phận có quan hệ với nhau tạo nên một toàn thể về mặt không gian Ví dụ, một Nucleotit gồm đường, axit photphoric và bazo nito tương ứng

- Cơ cấu chức năng

Là xem xét mối quan hệ của các phần tử trong hệ thống một cách toàn diện hơn, không chỉ bao gồm quan hệ về cấu trúc, mà cả mối quan hệ chức năng, tức là những mối liên hệ bên trong của sự vật, những mối liên hệ này là bền vững, quy định đặc điểm của sự vật Ví dụ, gen cấu trúc gồm 3 vùng cơ bản: vùng điều hòa, vùng mã hóa, vùng kết thúc Mỗi vùng có một chức năng riêng nhưng có liên quan chặt chẽ với nhau

1.2.3 Chức năng và ngôn ngữ của hệ thống

Các yếu tố cấu trúc tạo nên hệ thống cũng có những chức năng riêng thuộc hai nhóm cơ bản sau:

- Chức năng kiểm soát (gây biến đổi yếu tố cấu trúc khác)

- Chức năng bị kiểm soát (bị các yếu tố cấu trúc khác gây biến đổi) Muốn xác định chức năng của các yếu tố cấu trúc tạo nên hệ thống cần phải xác định được

Ngôn ngữ của hệ thống là hình thức phản ánh chức năng của hệ thống Chức năng của hệ thống đóng vai trò nội dung, còn ngôn ngữ của hệ thống đóng vai trò hình thức phản ánh nội dung Nội dung chỉ có một nhưng hình thức phản ánh của nội dung đó thì có nhiều Để thực hiện chức năng của mình,

hệ thống phải thông qua các biến đổi hành vi riêng lẻ của các phần tử hoặc của các phân hệ trong hệ thống Các phân hệ, các phần tử có thể hiểu được nội dung thông tin tác động chứa trong nó, sau đó chuyển nội dung trên sang một ngôn ngữ khác sử dụng trong phạm vi nội bộ của mình [16]

1.2.4 Môi trường của hệ thống

Môi trường của hệ thống là tập hợp các hệ thống khác không thuộc hệ thống đang xét, nhưng có quan hệ tác động qua lại với hệ thống

, hệ thống có thể phát triển hoặc bị diệt vong Môi trường cũng có thể tác động bất lợi lên hệ thống làm cho các phần tử trong hệ thống bị rối loạn về cấu trúc và chức năng đó là hiện tượng nhiễu hệ thống

Môi trường thường xuyên tác động lên hệ thống vì vậy khi xét mối quan

hệ của hệ thống và môi trường phải dựa trên quan điểm lịch sử

Mối quan hệ qua lại của hệ thống và môi trường của hệ thống được xác định bằng đầu vào và đầu ra của hệ thống Đầu vào của hệ thống là tất cả

những gì mà môi trường tác động vào hệ thống; còn đầu ra của hệ thống là phản ứng của hệ thống trở lại môi trường

Hiệu quả hoạt động của hệ thống phụ thuộc vào:

- Xác định hợp lý đầu vào và đầu ra của hệ thống

- Khả năng biến đổi nhanh, chậm các yếu tố đầu vào để cho yếu tố đầu ra

- Các hình thức biến đổi những yếu tố đầu vào cho ra các yếu tố đầu ra Tập hợp các đầu ra của hệ thống trong khoảng thời gian nhất định tạo thành hành vi của hệ thống Khả năng kết hợp giữa đầu vào và đầu ra của hệ thống xét ở một thời điểm nhất định tạo thành trạng thái của hệ thống

1.2.5 Những nguyên lý của lý thuyết hệ thống

- Nguyên lý tính chỉnh thể - thống nhất

- Nguyên lý tính phức thể, tương tác đa biến

- Nguyên lý cân bằng nội tại

- Nguyên lý hướng đích cân bằng

- Nguyên lý tự điều chỉnh/tự phân hoá

- Nguyên lý tính trồi

- Nguyên lý cấu trúc hành vi, phân cấp

1.2.6 Những tính chất cơ bản của cơ cấu hệ thống

Các phần tử trong hệ thống đã tác động qua lại với nhau tạo nên những tính chất cơ bản của hệ thống [16], đó là :

chức, một trật tự của các phần tử - một chỉnh thể thống nhất tạo ra “thế

năng của hệ thống”

, các hệ thống phản hồi càng đan xen, thì các hệ thống càng bền vững và càn

đó là một số hệ thống phức tạp (như các hệ thống sinh học) sử dụng các cách kiểm soát đa diện chứ không phải cách đơn giản, và vì thế có nhiều cơ hội sống sót hơn Tương tự như vậy, sự đa dạng gen tạo cho hệ sinh thái có khả năng thích ứng tốt hơn đối với sức ép môi trường, đa dạng văn hóa cũng giúp cho xã hội bền vững hơn

Các hệ phức tạp thường thường tiến hóa từ các hệ đơn giản hơn Tính phức tạp sẽ phát triển nếu tạo ra sự thích ứng ưu thế hơn thế hệ đi trước Các hệ thống phức tạp hơn chỉ có khả năng sinh tồn nếu hệ thực sự bền vững, vì thực

tế chúng phải chịu đựng nhiều can thiệp hơn trong quá trình tồn tại

- Tính cân bằng động

Sự tác động của các phần tử tạo ra sự cân bằng của hệ thống Nhưng cơ

cấu của hệ thống luôn luôn biến đổi, tạo ra “động năng” của hệ thống, bắt đầu

từ sự thay đổi của các quan hệ giữa các phần tử, các bộ phận, các phân hệ trong khuôn khổ của cơ cấu cũ; đến một mức độ nào đó sẽ làm cho cơ cấu thay đổi,

nó chuyển sang một trạng thái khác về chất hoặc trở thành một cơ cấu khác

Sự kết hợp giữa tính ổn định tương đối và tính cân bằng động trong hệ thống đã đảm bảo cho hệ thống không ngừng vận động phát triển theo xu thế tối ưu hoá, hợp lý hoá các mối quan hệ trong một tổng thể chung

Khi nói cấu trúc của hệ thống đã thay đổi tức là hệ đã chuyển từ trạng thái ổn định này sang trạng thái ổn định khác, các thay đổi cấu trúc có ý nghĩa hết sức quan trọng: đó là những thay đổi về chất và những thay đổi không thể đảo ngược được

- Tính kiểm soát thứ bậc

Thứ bậc là các cấp độ phức tạp của một hệ thống Một hệ thống luôn luôn được tạo thành từ các hệ thống con (bậc dưới), và chính nó lại là thành tố của một hệ thống lớn hơn (hệ cao hơn nó - bậc cao hơn) Vì thế hệ thống luôn

có tính thứ bậc Kiểm soát thứ bậc là sự áp đặt chức năng mới, ứng với mỗi thứ bậc, so với các thứ bậc thấp hơn Sự kiểm soát có tính kích động (khi một số hoạt động được hoạt hóa), hoặc có tính kìm hãm (khi một số hoạt động trở nên trì trệ)

Một trong những thách thức của các hệ thống môi trường là sự tự kìm hãm quá đáng (tạo ra khả năng thích ứng kém trước những hoàn cảnh mới và sự tự kiểm soát hời hợt (giảm năng suất của hệ thống, có thể tạo ra rủi ro do các quá trình nội lực của hệ thống vượt ra khỏi ranh giới hệ thống, gây tan rã hệ)

- Tính lan truyền thông tin

Lan truyền thông tin nhằm gây tác động điều chỉnh và phản hồi Thông tin được lan truyền từ tác nhân điều khiển đến tác nhân bị điều khiển để thực hiện chức năng kiểm soát của tác nhân điều khiển Thông tin cũng lan truyền ngược từ tác nhân bị điều khiển đến tác nhân điều khiển làm cho tác nhân điều khiển có khả năng giám sát sự phục tùng của tác nhân bị điều khiển, từ đó có thể điều chỉnh hoạt động giám sát trong tương lai Mạng phản hồi kích động và kìm hãm, do đó, là cốt lõi của quá trình lan truyền Nếu tác nhân bị điều khiển không tạo được sự đáp ứng phù hợp trước tín hiệu cuối cùng phát ra từ tác nhân điều khiển, thì tác nhân điều khiển phải phát lại tín hiệu hoặc tăng cường tín hiệu Nếu tác nhân bị điều khiển đáp ứng thái quá thì tác nhân điều khiển có thể phải gửi những tín hiệu điều chỉnh để kìm hãm bớt

- Tính ì và tính hỗn loạn

Tính ì là sự ổn định của một trạng thái giúp hệ thống tách khỏi các trạng thái khác Khi ở trong trạng thái ì Một hệ thống có xu thế duy trì nguyên trạng cho đến khi có một tác động bên ngoài đủ mạnh hoặc một biến

đổi bên trong đủ mạnh để chuyển hệ thống ra khỏi trạng thái ì ban đầu Lực ì

có thể rất mạnh hoặc rất yếu Một hệ thống có thể vận hành qua một loạt trạng thái ì, lần lượt vượt qua từng trạng thái một (mỗi trạng thái ì đòi hỏi hệ phải dừng một khoảng thời gian)

Tính hỗn loạn là hành vi hỗn loạn không thể dự báo được xảy ra bên trong một hệ xác định Những hành vi như vậy cực kỳ nhạy cảm với các thay đổi nhỏ, khiến cho chỉ có thể dự báo được các hành vi dài hạn của hệ một cách không mấy chính xác

Bertalanfyy (1968) [25] là người đầu tiên xây dựng các khái niệm về hệ

cô lập và hệ mở Sự phân biệt giữa hệ cô lập và hệ mở phụ thuộc vào tính chất nhiệt động lực học Ở đây cần phải nhắc lại một trong những QL vật lý quan trọng nhất, đó là định luật thứ hai về nhiệt động lực học Định luật này cho rằng: "

" Đây là một định luật cốt lõi của LTHT Rõ ràng là, trong số tất cả các cách có thể dùng để sắp xếp các yếu

tố cấu trúc tạo ra hệ thống, bất kể hệ thống đó là một bông hoa hay một chiếc máy tính, thì các dạng hình thái - vốn là cấu trúc có trật tự nhất và tạo ra các hệ thống con có chức năng riêng biệt - lại là không điển hình nhất, và phần lớn các dạng hình thái thực ra chẳng có gì hơn là những mớ hỗn độn của các phần tử riêng biệt Định luật thứ hai chỉ rõ rằng, theo thời gian, ngay cả các hệ thống có trật tự cao cũng sẽ bị xuống cấp thành các hệ thống có trật tự thấp hơn Lượng

"vô trật tự” trong một hệ thống có thể được đo lường và được gọi là entropy của hệ thống" Định luật thứ hai nói rằng, entropy (đại lượng đo nhiễu loạn trong một hệ thống) của bất cứ hệ thống nào không được cung cấp năng lượng, chắc chắn sẽ tăng theo thời gian Điều đó giải thích tại sao vật gì rồi cũng sẽ bị phân hủy và bị tiêu vong

Sự sống là một quá trình giảm entropy Hệ thống sống có khả năng xây dựng, tái sinh và tạo ra trật tự, lý do cho rằng sự sống có thể tồn tại là bởi vì

trái Đất luôn luôn được mặt trời cung cấp năng lượng Chính năng lượng Mặt trời cho phép entropy giảm đi hơn là tăng lên

Xuất phát từ phân tích trên, chúng ta sẽ phân tích sự khác biệt giữa các

hệ cô lập và hệ mở

Hệ cô lập có những thành phần không thay đổi, không tương tác với môi trường ngoài Chúng cuối cùng sẽ đạt đến một trạng thái cân bằng, nhưng luôn vận động theo hướng có entropy cao hơn vì không được cung cấp thêm năng lượng Nói như thế có nghĩa là các hệ cô lập thường đạt đến một điểm mà tại đó

sẽ không có thay đổi gì nữa

Ng

được duy trì, khiến cho hệ có khả năng tạo ra và duy trì trạng thái có entropy thấp Điều này có nghĩa rằng một số hệ mở có thể duy trì tính toàn vẹn của chúng mặc dù điều đó luôn luôn kèm theo sự gia tăng entropy ở đâu đó

- Tiến hóa và thích ứng của hệ thống

Tiến hóa và thích ứng là hai hiện tượng đặc biệt quan trọng và liên kết chặt chẽ với nhau, rất phổ biến trong các kiểu hệ thống

S.Đacuyn (1809-1882) đã khái quát yếu tố cơ bản của tiến hóa là "bản sao tích cực" Ý tưởng của ông như sau: Một "bản sao" là bất cứ hệ thống nào

có khả năng tự tái tạo hoặc được tái tạo Quá trình tái tạo này không nhất thiết đòi hỏi phải hoàn hảo, tuyệt đối không có sai sót, bởi vì trên thực tế không có quá trình tái tạo nào là không có sai sót

Ví dụ điển hình cho các bản sao là các cơ thể sinh vật và cấu trúc di truyền của chúng Các bản photocopy, bản fax cũng là một loại bản sao Đacuyn coi các đơn vị thông tin cũng là bản sao vì khi giao tiếp giữa con người với nhau, thông tin được chuyển giao

Bản sao thông tin được Đacuyn gọi là "me me" (từ chữ memo - memory)

là bản ghi nhớ - bộ nhớ

Sau khi xây dựng khái niệm về “bản sao", Đacuyn tiến tới phân loại chúng thành 2 nhóm: nhóm chủ động và nhóm bị động tuỳ thuộc vào chất lượng của bản sao tác động đến độ chính xác của quá trình sao chép như thế nào Gen là các bản sao chủ động vì các gen tốt thường được sao chép tốt trong các cá thể con cháu, làm cho thế hệ con cháu duy trì và cải thiện được khả năng sinh tồn và tránh được kẻ săn mồi, kiếm mồi tốt hơn hoặc có sức hấp dẫn hơn với bạn tình

Meme cũng là loại bản sao chủ động, vì trong quá trình truyền thông, các thông tin tốt, có ích được chọn lọc và truyền bá tốt hơn các thông tin vô ích Trong khi đó, một bản photocopy lại là loại bản sao bị động vì dù nó có nội dung gì cũng không thể quyết định chất lượng bản copy

Đacuyn phân loại các bản sao thành hai nhóm ngắn hạn và dài hạn tùy thuộc vào việc chúng có khả năng được sao chép mãi hay không Các tế bào sống của con người (trừ tế bào sinh sản) là nhóm ngắn hạn, dù rằng chúng có thể được sao chép trong thời gian một đời người, nhưng chỉ có tế bào sinh dục mới được tái tạo trong các thế hệ sau Meme và bản copy thuộc loại dài hạn vì chúng có thể được tái sinh qua rất nhiều thế hệ

Bởi vì không có quá trình sao chép nào là hoàn hảo tuyệt đối, do đó hệ thống qua mỗi lần sao chép lại xuất hiện các biến dị (các sai sót do nhân bản) Mặc dù đa phần các biến dị là gây hại cho các thế hệ sau, nhưng một số trường hợp cũng nảy sinh những biến dị có lợi, điều này chỉ xảy ra trong trường hợp nhân bản chủ động

Nếu bản sao thuộc nhóm dài hạn, thì rất có thể các biến dị có lợi sẽ được tích lũy để nâng cấp chất lượng của các thế hệ mới Đó chính là hiện tượng tiến hóa Tiến hóa giúp cho tăng cường khả năng sinh sản một số lượng đông con cháu khoẻ mạnh và có khả năng sinh tồn

Trong trường hợp các hệ thống có khả năng nhân bản (tái sinh), có hai yếu tố cấu trúc tách biệt của "tính chính xác sinh sản" là:

- Tính hiệu quả của quá trình nhân bản, có thể tiến hóa được

- Bất cứ yếu tố nào làm cho quá trình nhân bản được thích hợp hơn, giúp cho việc tăng cường khả năng bắt mồi, thích nghi với môi trường, thu hút bạn tình

Có sự liên hệ chặt chẽ giữa tính thích ứng và tiến hóa:

- Khả năng tiến hóa đôi khi cũng có thể giúp tăng thích ứng, ví dụ não người tiến hóa làm tăng cường khả năng học tập

- Các hệ thích ứng phức tạp có thể hàm chứa các phân hệ tiến hóa

Một hệ thống có khả năng tiến hóa luôn luôn phải có nhiễu loạn, luôn luôn có entropy ở một giá trị mà hệ thống có thể kiểm soát được Các hệ thống nhân bản luôn luôn lưu trữ các biến dị, đó là mầm mống của tiến hóa Những

hệ thống ổn định cao, có entropy thấp thường là một hệ thống có tính thích ứng hơn là có tiềm năng tiến hóa Các hệ thống "đóng băng" là những hệ thống không có khả năng tiến hóa

Vì thế, có một nguyên tắc trong điều khiển hệ thống là "không gắn kết quá chặt để tạo tiền đề cho những thay đổi" Xác định tiềm năng "không gắn kết quá chặt" cần thông qua những hành vi, những cấu trúc "lệch chuẩn" không gây hại cho hệ thống Nguyên tắc "phân quyền và uỷ quyền" cho các đơn vị quản lý cấp dưới trong quản lý môi trường chính là khung pháp lý cho phép các thành tố của một hệ thống phát huy tính chủ động và sáng tạo Cũng từ đó mà hình thành các nguyên tắc khác như "phi tập trung hóa", "xã hội hóa" trong quản lý môi trường

- Các ngƣỡng của hệ thống và hệ sinh thái toàn cầu

Toàn bộ các hệ thống sinh thái và sinh học đều có tính co dãn (đàn hồi) Chúng có thể thắng được một số loại sức ép hoặc phá hoại và duy trì khả năng

tự phục hồi Ngay cả khi một số yếu tố đơn lẻ của hệ bị phá huỷ, chúng cũng

thường được khôi phục khiến cho hệ thống được duy trì Tuy nhiên sự bành trướng hoạt động nhân sinh đã dẫn đến việc phá hủy cả các yếu tố của hệ hoặc toàn bộ hệ, làm giảm tính đàn hồi của hệ

Có một số quá trình sinh học có vai trò duy trì các điều kiện sinh thái hiện tại Ví dụ hoạt động sinh học góp phần duy trì khối lượng, tỉ lệ và cân bằng các loại khí tạo nên khí quyển Trái Đất Tỷ lệ các loại khí trong khí quyển Trái Đất hiện nay là ở trạng thái không cân bằng hóa học, và khí quyển được duy trì như vậy là do mạng phản hồi sinh học Nếu các quá trình sinh học chấm dứt, khí quyển của Trái Đất dần dần sẽ tiến đến trạng thái cân bằng hóa học khiến cho không có dạng sống nào có thể tồn tại

1.2.7 Phân loại hệ thống

Không có một sơ đồ phân loại hệ thống nào được coi là khuôn mẫu Đôi khi người ta phân biệt chúng dựa trên các tiêu chí như: các hệ thống sống và hệ thống không sống, hệ thống trừu tượng và hệ thống cụ thể, hệ mở và hệ cô lập Cũng có thể dựa vào vai trò và chức năng mà chia thành các hệ cơ sở, hệ điều hành, hệ mục tiêu và hệ kiểm soát.v.v

Một cách phân loại khác, người ta dựa vào các dấu hiệu và tính chất của

hệ thống quan sát được và mục tiêu nghiên cứu để đặt hệ thống vào trong những trật tự nhất định

- Hệ mở: là hệ thường xuyên trao đổi vật chất, năng lượng và thông tin

với môi trường, các hệ sống là hệ mở Ví dụ, hệ sinh thái là hệ mở vì nó thường xuyên trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường

- Hệ đóng: Là hệ không có trao đổi vật chất và năng lượng với môi trường Ví dụ, các hệ vật lý là hệ đóng

- Hệ phản xạ đơn: là hệ khi có một tác động của môi trường vào hệ

thống, hệ thống có phản ứng đơn trị nhất định theo QL đơn giản

- Hệ phản xạ phức tạp: là hệ ứng với mỗi tác động của môi trường, các

phản ứng của hệ theo nhiều hướng khác nhau không theo một QL rõ rệt, không lường trước được kết quả

- Hệ thứ bậc: Đây là hệ phổ biến, các phần tử trong hệ thống tương tác với nhau tạo nên những thứ bậc nhất định, đó là các hệ thống trên và các hệ thống dưới Ví dụ, hệ thống thực vật bao gồm các thứ bậc: ngành - lớp - bộ - họ

- chi - loài

Các hệ tự nhiên hay hệ mở là các hệ thống sống Đó là các hệ thống phức tạp rất đặc biệt và rất quan trọng còn gọi là các hệ thống thích ứng Đặc điểm duy nhất phân biệt loại hệ thống này với các hệ thống khác là ở chỗ, các hệ thích ứng bằng cách nào đó, tương tác với môi trường và thay đổi hành vi tùy theo sự thay đổi của môi trường Chúng có một kho lưu trữ các hành vi giúp cho chúng thích nghi với sự thay đổi của môi trường

1.3 Cơ sở thực tiễn của đề tài

1.3.1 Điều tra thực trạng dạy – học bài tập quy luật di truyền ở trường phổ thông

Để phục vụ cho việc nghiên cứu đề tài và nâng cao chất lượng dạy – học

BT QLDT chúng tôi đã tiến hành điều tra và tìm hiểu thực trạng dạy – học BT QLDT của 70 giáo viên sinh ở các trường THPT tại các tỉnh Lạng Sơn, Quảng Ninh, Bắc Cạn, Thái Nguyên bằng phiếu ý kiến (phụ lục) và thu được kết quả sau:

Bảng 1.1: Nguyên nhân HS chưa đạt hiệu quả cao khi giải BT QLDT

HS tự học

8 11.4%

Do phương pháp dạy BT của GV 18 25.7%

HS thiếu thời gian làm BT 35 50%

Qua bảng 1.1 cho thấy nguyên nhân dẫn đến khả năng giải BT QLDT của HS trong quá trình học tập hiện nay là: đa số hiệu quả chỉ đạt được từ 30%

- 50% so với yêu cầu bài toán Nguyên nhân chủ yếu của việc HS giải BT QLDT kém theo ý kiến của các thầy cô là do: HS thụ động, không chủ động trong quá trình tìm hiểu các phương pháp giải BT BT đa dạng, phong phú, đồng thời đa phần HS chưa có phương pháp giải BT phù hợp

Bảng 1.2 cho thấy sự cần thiết của việc giải tốt BT QLDT, đa số các

GV đều cho rằng việc này là cần thiết Trong đó, rất cần thiết là 52 phiếu chiếm 76.5%, cần thiết: 16 phiếu chiếm 23.5%, không cần thiết: 0%

- Các GV cho rằng HS cần phải học cách giải BT các QLDT để khắc sâu kiến thức lý thuyết của các QL đồng thời phát huy tính tích cực trong học tập; rèn luyện, phát huy tư duy sáng tạo, tư duy logic trong quá trình giải quyết các yêu cầu của BT

- Khả năng tự giải BT QLDT là rất quan trọng nhưng theo ý kiến của các

GV thì khả năng này hiện nay thấp Trong đó, 48.5% GV cho rằng <25% số HS

có khả năng tự giải BT, 41.2% GV cho rằng có khoảng từ 30 – 50% HS có khả năng tự giải, còn 10.3% cho rằng có 50 – 75% HS tự giải được BT

Bảng 1.3: Phương tiện giúp HS học cách giải BT QLDT

- Về phương tiện giúp HS tự học và tự nghiên cứu phương pháp giải BT QLDT, đa số các GV cho biết HS thường sử dụng phương pháp mà GV giảng tại lớp và các sách tham khảo, sách BT (bảng 1.3)

Bảng 1.4: Thời gian dạy BT QLDT của GV phổ thông

Dạy sau khi giảng lý thuyết QL 46 65.7

Cung cấp tài liệu cho HS tự nghiên cứu 4 5.7

Qua bảng 1.4 cho thấy đa phần các GV thường dạy phương pháp giải

BT cho HS ngay sau giờ lý thuyết, một số ít GV không trực tiếp dạy phương pháp cho HS mà giới thiệu tài liệu cho HS tự nghiên cứu

Bảng 1.5: Phương pháp giảng dạy BT QLDT của GV phổ thông

Số lượng %

Dạy phương pháp giải riêng từng dạng BT QLDT 24 34.3

Dạy ví dụ BT cụ thể để HS tự rút ra phương pháp giải

Giới thiệu các bước giải BT chung cho các dạng BT

Bảng 1.5 cho thấy đa số GV dạy BT QLDT là thường dạy các ví dụ cụ thể của từng dạng QL để rút ra cách giải chung cho cả QL, số ít GV dạy các bước giải chung cho các dạng bài thuộc các QLDT khác nhau

Qua kết quả thu được chúng tôi nhận thấy: Đa số các GV ở phổ thông (80.0%) thường dạy BT ngay sau khi giảng lý thuyết với thời gian có hạn và giải theo từng BT ví dụ cụ thể trong sách giáo khoa (55.7%) Trong các giờ BT và ôn tập, GV cũng dạy và chữa BT nhưng thường sa đà vào các bài toán cụ thể với các công thức và thuật toán riêng mà chưa có phương pháp giải BT tổng quát Một bộ phận GV giải BT cụ thể sau đó rút ra phương pháp giải chung và hướng dẫn HS giải các BT ở nhà Với thực trạng dạy BT không theo phương pháp hệ thống như trên nên hiệu quả dạy BT ở các trường phổ thông không cao

Bên cạnh đó, HS cũng chưa có tính tự giác trong việc học tập, nghiên cứu các dạng BT QLDT và phương pháp giải các dạng BT này Phương tiện, tài liệu giúp các em học tập, nghiên cứu cũng hạn chế, nhiều tài liệu còn thiếu

độ tin cậy

Nguyên nhân:

Nội dung kiến thức lý thuyết về các QLDT nhiều, khó nên thời gian lên lớp 45 phút thường không đủ để truyền tải đủ cả nội dung lý thuyết và BT Đồng thời, phân phối chương trình dành cho các tiết BT cũng còn ít

- Đa số GV vẫn dạy theo cách truyền thống: truyền thụ lý thuyết sau đó vận dụng vào làm BT mà chưa xây dựng hệ thống cách giải BT cho HS

- Nhiều GV chưa quan tâm đầu tư thời gian nghiên cứu các phương pháp giải các BT QLDT

- HS chưa nhận thức được tầm quan trọng của việc giải BT QLDT trong quá trình học sinh học nên chưa tạo ra hứng thú học tập cho bản thân

1.3.2 Khả năng giải bài tập quy luật di truyền của học sinh ở trường phổ thông

Qua ý kiến khảo sát và quan sát đối tượng HS phổ thông, tôi nhận thấy với việc học Sinh học và giải BT, HS vẫn có thói quen học thuộc một số dạng

toán cơ bản mà chưa có thói quen tự tìm hiểu phương pháp giải các dạng BT khác nhau Khi giải BT, HS thường áp dụng máy móc các bước, công thức mà không hiểu bản chất, tính QL của các hiện tượng di truyền trong BT

Để học tốt các BT QLDT yêu cầu HS phải nắm rõ nội dung các QL, cơ chế và tính QL của các hiện tượng di truyền, dấu hiệu nhận biết các QL và BT vận dụng QL đó và mối quan hệ giữa các QLDT Về việc này, cả GV và HS còn nhiều hạn chế

Kết quả điều tra khả năng giải BT QLDT của HS phổ thông

- Cách tiến hành:

Để đánh giá về hiệu quả giải BT QLDT của HS phổ thông phục vụ cho việc nghiên cứu của đề tài, chúng tôi đã tiến hành điều tra khả năng giải BT QLDT của HS 8 lớp 12 tại 2 trường THPT Việt Bắc – TP Lạng Sơn (4 lớp) và THPT Cao Lộc – Lạng Sơn (4 lớp)

Hình thức điều tra là kiểm tra tự luận và trắc nghiệm

Các BT được sử dụng để kiểm tra ở mức độ hiểu, biết và vận dụng lý thuyết vào giải BT

- Kết quả điều tra: Chúng tôi tiến hành kiểm tra 3 lần, mỗi lần là hai

dạng BT QL khác nhau, bài cuối là dạng BT tổng hợp Các bài đạt yêu cầu là bài trên 5 điểm (Các đề kiểm tra ở phụ lục: mỗi đề dùng cho 1 lần kiểm tra)

Bảng 1.6: Kết quả điều tra khả năng giải BT QLDT của HS phổ thông Lần kiểm tra Tổng số bài kiểm tra % số bài đạt yêu cầu

Dựa vào kết quả kiểm tra cho thấy: HS chủ yếu làm được các dạng BT

QL đơn giản như BT QL PLĐL của Menđen Đối với các dạng BT tổng hợp,

HS không giải quyết được hết các yêu cầu của bài toán đề ra Điều đó cho thấy HS chưa có phương pháp giải BT QLDT một cách hệ thống, chưa hiểu

rõ bản chất của các QLDT, quan hệ giữa các QLDT với nhau và vận dụng chúng trong giải BT

Nguyên nhân chủ yếu của hiện tượng này là: đa số HS phổ thông đều coi Sinh học là môn phụ, chỉ số ít các em có định hướng thi đại học khối B mới quan tâm đến bộ môn Sinh học Do đó, khi học sinh học, đa phần các em chỉ chú ý học lý thuyết mà không quan tâm tới các cách giải BT, thiếu hứng thú học và giải BT; tính tích cực chưa cao Đồng thời cũng do thời lượng giảng dạy BT ở các tiết học ít, phân phối chương trình học cũng ít giờ BT nên việc tiếp cận với các dạng toán QLDT chủ yếu là do HS tự tìm hiểu và nghiên cứu giải

Qua điều tra tình hình giải BT QLDT của HS chúng tôi có nhận xét như sau:

- Khả năng giải BT của HS còn yếu, đa số các em chưa có kỹ năng giải

sự, kinh tế, giáo dục…

và giải BT

Từ những đặc điểm, tính chất và chức năng của lý thuyết hệ thống có thể vận dụng để xây dựng quy trình dạy học bài tập QLDT cho HS

Chương 2 VẬN DỤNG LÍ THUYẾT HỆ THỐNG TRONG DẠY-HỌC BÀI TẬP

QUY LUẬT DI TRUYỀN

2.1 Phân tích cấu trúc nội dung di truyền học ở trường phổ thông

Chương trình DTH [11],[2] được chia làm 5 chương với nội dung như sau: Chương 1: Cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị

Chương này cho thấy bản chất của hiện tượng di truyền và biến dị là sự vận động của các cấu trúc vật chất trong tế bào Đó là những NST trong nhân, phân tử ADN trong NST và các gen trên ADN Các cấu trúc này vận động theo những cơ chế xác định, tác động với nhau và với các cấu trúc khác trong

tế bào trong những mối liên hệ thống nhất và chính trong quá trình vận động, tác động qua lại đó, chúng biểu hiện chức năng của chúng trong hệ thống di truyền, cấu trúc và chức năng là thống nhất bởi vì vận động là thuộc tính gắn liền với vật chất

Chương 2: Tính quy luật của hiện tượng di truyền

Chương này cho thấy sự di truyền của các TT qua các thế hệ của loài diễn ra theo những xu thế tất yếu mà người ta đã phát hiện được bằng phương pháp TN Nhờ những kiến thức ở chương 1 về cơ sở vật chất và cơ chế của di truyền và biến dị mà HS có cơ sở để hiểu những mối quan hệ nhân quả đã chi phối tính QL tất yếu của hiện tượng di truyền và biến dị Chính sự nhân đôi của ADN đã là cơ sở cho sự nhân đôi của NST, đồng thời sự phân li và tổ hợp của NST theo những cơ chế xác định đã làm cho sự di truyền qua nhân diễn ra theo những QL chặt chẽ

Chương 3: Di truyền học quần thể

Chương này cho thấy các đặc trưng di truyền của một quần thể như tần

số alen, thành phần KG có xu hướng biến đổi ra sao qua các thế hệ, đồng thời

cũng giới thiệu QL Hacđi – Vanbec về sự cân bằng của tần số alen và thành phần KG trong quần thể ngẫu phối

Chương 4: Ứng dụng di truyền học

Chương này cho thấy việc vận dung các kiến thức về tái tổ hợp di truyền nhờ lai giống, gây đột biến nhân tạo và kỹ thuật di truyền mà con người đã tạo được các giống vi sinh vật, thực vật và động vật có năng suất cao phục vụ đời sống của mình

Chương 5: Di truyền học người

Chương này giới thiệu các đặc điểm và các phương pháp nghiên cứu di truyền ở người, đồng thời vạch ra nguyên nhân và cơ chế gây bệnh di truyền ở người, đồng thời chỉ ra loài người cung đang gánh chịu một gánh nặng di truyền và cần phải có biện pháp để giảm bớt các gánh nặng đó cũng như một số vấn đề xã hội của di truyền học

Mạch nội dung trong Di truyền học được thể hiện khái quát như sau:

Cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị → Tính QL của hiện tượng di truyền → Ứng dụng của Di truyền học

Các mạch nội dung cụ thể đi theo các hướng sau:

- Sự vận động của vật chất di truyền → Tính QL của hiện tượng di truyền → Ứng dụng thực tiễn

- ADN (gen) → NST → Tế bào → Cơ thể → Quần thể

[10]

2.2 Các dạng bài tập quy luật di truyền

2.2.1 Các dạng bài tập về quy luật di truyền của Menđen

Nội dung các định luật

- Định luật phân li

Mỗi tính trạng được quy định bởi một cặp alen trong giảm phân nên mỗi giao tử chỉ chứa một alen của cặp

Các cặp alen phân li độc lập với nhau trong quá trình hình thành giao tử

Điều kiện nghiệm đúng của các định luật

- Thế hệ xuất phát phải thuần chủng và mang TT tương phản

- TT trội là trội hoàn toàn

- Mỗi gen quy định một TT và nằm trên một NST

- Số lượng cá thể đời con phải lớn

- Các cặp gen phải tác động riêng rẽ và nằm trên các cặp NST tương đồng khác nhau

Dấu hiệu nhận dạng BT thuộc QLDT của Menđen

- Đề bài cho mỗi gen quy định một TT; mỗi gen nằm trên một cặp NST hay mỗi

cặp gen nằm trên các cặp NST tương đồng khác nhau

- Đề bài cho tỷ lệ phân ly KH ở đời con:

+ Khi lai một cặp TT (do một gen quy định) cho KH là một trong các tỷ lệ: 100%; 1:1; 3:1; 1:2:1;

+ Khi lai hai hay nhiều cặp TT cho KH là một trong các tỷ lệ: (1:1)n; (3:1)n; (1:2:1)n…

- Đề bài cho tỷ lệ của một KH ở đời con lai thuộc các tỷ lệ sau:

+ Lai một cặp TT: tỷ lệ của một KH bằng hoặc là bội số của 25% (1/4)

+ Khi lai hai cặp TT: tỷ lệ một KH bằng hoặc là bội số của 6,25% (1/16)

2.2.2 Bài tập về quy luật di truyền liên kết

2.2.2.1 Bài tập liên kết gen hoàn toàn

Nội dung quy luật:

Là hiện tượng các gen cùng nằm trên một NST hình thành nhóm gen liên kết; cùng phân ly và tổ hợp trong quá trình giảm phân và thụ tinh

Số nhóm gen liên kết bằng số NST trong bộ NST đơn bội của loài

Dấu hiệu nhận dạng bài toán thuộc QLDT liên kết hoàn toàn

- Lai hai hay nhiều cặp TT, có quan hệ trội - lặn hoàn toàn

- Ít nhất một cơ thể đem lai dị hợp về hai cặp gen

- Tỷ lệ KH ở con lai giống với tỷ lệ của lai một cặp TT của định luật Menđen: 100%; 1:2:1; 3:1; 1:1;

- Nếu cơ thể mang lai dị hợp 3 cặp gen trở lên tự giao phấn cho tỷ lệ ở đời con 16 tổ hợp giao tử

- Kết quả lai phân tích của cơ thể dị hợp 2 cặp gen trở lên cho kết quả 1:1 2.2.2.2 Bài tập về liên kết không hoàn toàn

Nội dung quy luật

Trong quá trình giảm phân phát sinh giao tử, các gen tương ứng trên cặp NST tương đồng có thể đổi chỗ cho nhau, tạo ra nhóm gen liên kết mới

Dấu hiệu nhận biết BT thuộc QL hoán vị gen

- Phép lai từ hai TT trở lên, có quan hệ trội – lặn hoàn toàn cho tỷ lệ KH

ở đời con không giống tỷ lệ của QL PLĐL và QL liên kết hoàn toàn

2.2.3 Bài tập về quy luật tác động qua lại giữa các gen

Nội dung quy luật

Là hiện tượng các cặp gen không alen nằm trên các cặp NST tương đồng khác nhau cùng tương tác quy định một cặp TT Có 3 kiểu tương tác gen là: