2.1. Окружающий мир как иерархическая система

Определения и обозначения

Система — совокупность взаимосвязанных элементов, образующих целостный объект и выполняющих определённые функции. Это понятие помогает отличать организованное целое от случайного набора предметов. Чтобы назвать объект системой, нужно показать, что его части связаны и совместно участвуют в работе целого.

Элемент системы — часть системы, рассматриваемая как неделимая в рамках конкретного исследования. Это не означает, что элемент нельзя разделить физически: его просто не разбирают подробнее для решения выбранной задачи. Такое понятие помогает определить границы рассмотрения и не уходить в лишние подробности.

Структура системы — состав её элементов и связи между ними. Она показывает не только, из чего состоит система, но и как части взаимодействуют. Описание структуры нужно, чтобы понять устройство объекта и объяснить, как он работает.

Иерархическая система — система, элементы которой объединены в уровни: каждый элемент верхнего уровня включает системы нижнего уровня. Понятие описывает вложенное устройство сложных объектов. Оно помогает увидеть, как части объединяются в целое, а это целое становится частью более крупной системы.

Как это устроено

Отдельные объекты объединяют в систему, когда между ними есть существенные связи и они совместно образуют целое. Например, книги, случайно лежащие на столе, не обязательно образуют систему: одна лишь близость не создаёт общего устройства. А части работающего компьютера связаны так, что вместе обеспечивают обработку информации. Поэтому при описании системы важно искать не только предметы, но и то, зачем и как они взаимодействуют.

Цель исследования влияет на то, какие части мы выделим и насколько подробно будем их рассматривать. Если нужно объяснить работу компьютера, процессор можно считать одним элементом, не разбирая его на составляющие. Если задача — изучить устройство процессора, он сам становится системой, а его части — элементами. Значит, один объект не имеет единственной роли: она меняется вместе с вопросом, на который мы ищем ответ.

Окружающий мир называют иерархической системой, потому что его природные, технические и социальные объекты входят в состав более крупных объектов и сами состоят из частей. Организм образован клетками и тканями, а отдельные организмы могут входить в популяцию. Компьютеры соединяются в сеть, а сети могут быть частью информационной инфраструктуры. Такое вложение позволяет описывать сложные объекты по частям, не теряя представления о целом.

Уровни иерархии связаны включением: элемент одного уровня может быть самостоятельной системой для нижнего уровня и частью системы для верхнего. Например, организм можно изучать как систему органов, но в составе популяции он выступает одним из организмов. Чтобы правильно указать уровень, нужно назвать рассматриваемую систему и определить, что входит в неё и куда входит она сама. Так становится видна последовательность от меньших систем к большим.

Свойства системы не всегда сводятся к свойствам отдельных элементов, потому что результат их взаимодействия может быть новым. Например, отдельно взятые детали компьютера не выполняют все функции работающего устройства, пока не соединены и не согласованы. Поэтому нельзя описать систему только перечнем частей: нужно учитывать связи и совместную работу. Именно взаимодействие помогает понять, чем целое отличается от простой суммы элементов.

Примеры уровней иерархии окружающего мира

Читайте строку слева направо: в ней указана система выбранного уровня, её элементы и система, в которую она входит. Сравнивая соседние строки, можно проследить переход от более мелких объектов к более крупным. Названия уровней помогают понять, с какой точки зрения описана система.

Разбор задач

Задача 1. Назовите систему, её элементы и связи между элементами на примере школьного класса.

1. Определим целое: рассматриваем класс как группу учеников, которая учится и выполняет общие задачи.
2. Выделим элементы: это ученики, учитель, а при описании учебного процесса также учебные материалы и оборудование.
3. Укажем связи: ученики общаются и работают вместе, учитель объясняет материал и организует работу, а материалы используются для учёбы.

Ответ: школьный класс — система; её элементы — участники учебного процесса и используемые средства, а связи между ними обеспечивают обучение и совместную работу. Если задача касается только отношений между учениками, состав элементов можно сузить.

Задача 2. Рассмотрите компьютер как систему. Укажите, чем для него являются процессор, память и устройства ввода-вывода.

1. Выберем целое: компьютер рассматривается как устройство, которое принимает, обрабатывает, хранит и выводит информацию.
2. Назовём части: процессор, память и устройства ввода-вывода являются элементами или подсистемами компьютера.
3. Объясним взаимодействие: устройства ввода передают данные, процессор обрабатывает их, память хранит, а устройства вывода сообщают результат пользователю.

Ответ: компьютер — система, а названные устройства — её элементы или подсистемы. Они связаны обменом данными и совместно обеспечивают работу компьютера.

Задача 3. Опишите иерархию «клетка — организм — популяция — экосистема» и для каждого уровня укажите систему, её элементы и систему более высокого уровня.

1. На клеточном уровне организм можно представить системой из клеток и тканей; следующая система выше — популяция.
2. На популяционном уровне популяция состоит из отдельных организмов и входит в экосистему.
3. На экосистемном уровне система включает популяции и среду обитания, а более высокий уровень — биосфера.

Ответ: получаем цепочку организм — популяция — экосистема — биосфера. Клетка в этой записи относится к нижнему уровню строения организма, а каждый следующий шаг показывает включение системы в более крупное целое.

Типичные ошибки

Ошибка — называть системой любой набор объектов, не указывая связей и общей функции. Её допускают, потому что внешне предметы рядом кажутся единым целым. Проверьте себя вопросом: взаимодействуют ли объекты и образуют ли они целое, которое можно описать? Если нет, речь может идти только о наборе.

Ошибка — считать, что элемент неделим вообще. Так рассуждают, принимая слово «элемент» за указание на физически простую часть. Неделимость относится лишь к выбранной задаче: спросите себя, рассматриваете ли вы эту часть подробнее. Если цель изменилась, бывший элемент может стать отдельной системой.

Ошибка — путать иерархию с простым перечислением объектов. Перечень показывает названия, но не объясняет, какие объекты входят в другие и на каком уровне находятся. Чтобы проверить себя, проведите связи включения: элемент или система нижнего уровня должны быть соотнесены с более крупной системой.

Ошибка — описывать систему только списком её элементов. Это происходит, когда внимание сосредоточено на составе, а взаимодействие остаётся незамеченным. Проверьте описание: указано ли, как части связаны и что их совместная работа даёт целому? Без этого объяснение структуры неполно.

Связь с другими темами

Для изучения темы нужны понятия объекта, его признака, связи и классификации: они помогают выделять части и сравнивать их. Представление о системах подготавливает работу с информационными моделями, структурами данных и системами управления. Иерархический подход пригодится при описании файловой системы, компьютерных сетей, баз данных и сложных программных систем. В каждом случае важно определить уровни, состав частей и связи между ними.

Что запомнить

• Система состоит из взаимосвязанных элементов.
• Структура показывает элементы системы и связи между ними.
• Элемент системы может быть сложной системой на другом уровне рассмотрения.
• Иерархия организует объекты по уровням.
• Один объект можно рассматривать как систему, элемент или подсистему.
• Свойства целого зависят не только от свойств элементов, но и от их взаимодействия.