Что такое нематериальные системы
Конспект урока по информатике » Система объектов» (11 класс)
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Тема: Системы объектов
Обобщить представление школьников о системах объектов.
Освоить новые приемы создания текстовых объектов.
Развитие системного мышления учащихся.
Система; Структура; Системный подход; Системный эффект.
Тип урока: Объяснение нового материала.
Изучение нового материала.
В жизни мы многократно сталкиваемся с понятием «система». Примеров можно привести достаточно много:
Периодическая система химических элементов; Система растений и животных; Система образования;
Система транспорта; Система здравоохранения; Система счисления и др.
Так что же такое «система»?
Система – это целое, состоящее из частей, взаимосвязанных между собой.
Части, образующие систему, называются ее элементами.
Любой объект окружающего мира можно рассматривать как систему.
Различают материальные, нематериальные и смешанные системы.
Примеры материальных систем: дерево, здание, человек, планета Земля, Солнечная система.
Примеры нематериальных систем: человеческий язык, математика.
Пример смешанных систем – школа, университет. Она включает в себя как материальные части (школьное здание, оборудование, тетради и пр.), так и нематериальные (учебные планы, программы, расписание уроков).
Каждая система обладает следующими свойствами:
Функция (цель, назначение) системы;
Взаимодействие системы с окружающей средой;
Рассматривая примеры различных систем, следует разделить их.
Например, Солнечная система – естественная, а компьютер – искусственная система.
Для всякой искусственной системы можно определить цель ее создания человеком: автомобиль – перевозить людей и грузы, компьютер – работает с информацией, завод – производить продукцию.
Учащиеся сами приводят примеры систем и указывают их функции.
В состав крупной системы может входить другая система. Первую называют надсистемой, вторую – подсистемой. Имя надсистемы на схеме состава всегда располагают выше имен всех ее подсистем. В этом случае говорят о многоуровневой структуре системы, в которой один и тот же компонент может одновременно быть надсистемой и подсистемой.
Например, головной мозг – подсистема нервной системы птицы и надсистема, в состав которой входят передний мозг, средний мозг и т. д.
Во многих случаях связь между объектами очевидна, но не сразу понятно, в составе какой надсистемы их нужно рассматривать. (Дерево может погибнуть от насекомых-вредителей, если уменьшится численность птиц. Насекомые, птицы, деревья – компоненты системы «Парк» или «Лес».
Любой реальный объект бесконечно сложен.
Всякая система определяется не только составом частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое.
Структура – это совокупность связей между элементами системы. Структура – внутренняя организация системы.
Например: Все детские конструкторы включают в себя множество типовых деталей, из которых можно собрать различные фигуры. Эти фигуры будут отличаться порядком соединения деталей, т.е. структурой.
Всякая система обладает определенным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.
Главное свойство любой системы – возникновение системного эффекта. Заключается оно в том, что при объединении элементов в систему у системы появляются новые качества, которыми не обладал ни один из элементов в отдельности.
В качестве примера системы рассмотрим самолет. Главное его свойство – способность к полету. Ни одна из составляющих его частей в отдельности (крылья, двигатели и т.д.) этим свойством не обладает, а собранные вместе строго определенным способом, они такую возможность обеспечивают. Вместе с тем, если убрать из системы «самолет» какой-нибудь элемент (например, крыло), то не только это крыло, но и весь самолет потеряет способность летать.
Что такое система? Приведите примеры материальных, нематериальных и смешанных систем.
В чем суть системного эффекта? Приведите пример.
Назовите компоненты Солнечной системы. Какие из них можно рассматривать как системы?
В состав какой системы рыбы входит подсистема «жабры»? Для каких компонентов она является надсистемой?
Выделите подсистемы в следующих объектах, рассматривая в качестве систем:
MT1400: Общая теория систем
В период становления теории систем довольно часто возникали дискуссии том, материальны или нематериальны системы. С одной стороны, стремясь подчеркнуть материальность систем, некоторые исследователи в своих определениях заменяли термин «элемент» терминами «вещь», «объект», «предмет»; и хотя последние можно трактовать и как абстрактные объекты или предметы исследования, все же авторы этих определений явно хотели обратить внимание на овеществленность, материальность системы.
С другой стороны, в определениях С. Оптнера («система есть средство, с помощью которого выполняется процесс решения проблемы») и Ю. И. Черняка («система есть способ решения проблемы», а системное мышление — это «способность находить простое в сложном»), систему можно трактовать только как отображение, т.е. как нечто, существующее лишь в сознании исследователя, конструктора.
Любой специалист, понимающий закономерности теории отражения, должен, казалось бы, возразить: но ведь очевидно, что замысел (идеальное представление системы) потом будет существовать в материальном воплощении, а для задач принятия решений важно акцентировать внимание на том, что понятие системы может быть средством исследования проблемы, решения задачи. Тем не менее, упомянутые определения подвергались критике со стороны приверженцев материальности систем, особенно философов.
В связи с обсуждаемым вопросом обратим внимание на то, что в Большой советской энциклопедии (далее — БСЭ), наряду с приведенным выше определением дается следующее: система — «объективное единство закономерно связанных друг с другом предметов, явлений, а также знаний о природе и обществе», т.е. подчеркивается, что понятие элемента можно применять как к существующим, материально реализованным предметам, так и к знаниям об этих предметах или о будущих их реализациях.
Таким образом, в понятии «система» (как и любой другой категории познания) объективное и субъективное составляют диалектическое единство, и следует говорить не о материальности или нематериальности системы, а о подходе к объектам исследования как к системам, о различном представлении их на разных стадиях познания или создания.
Например, Ю. И. Черняк показывает, что один и тот же объект на разных этапах его рассмотрения может быть представлен в различных аспектах, и соответственно предлагает одну и ту же систему представлять на разных уровнях существования: философском (теоретико-познавательном), научно-исследовательском, проектном, инженерном и т.д. — вплоть до материального воплощения.
Иными словами, в термин «система» на разных стадиях ее рассмотрения можно вкладывать разные понятия, говорить как бы о существовании системы в разных формах. М. Месарович, например, предлагает выделять страты рассмотрения системы (см. параграф 1.4).
Аналогичные страты могут существовать не только при создании, но и при познании объекта, т.е. при отображении реально существующих объектов в виде абстрактно представляемых в нашем сознании (в моделях) систем, что затем поможет создать новые объекты или разработать рекомендации по преобразованию (перестройке, реконструкции) существующих.
Методика системного анализа (или модель системного исследования) может разрабатываться не обязательно с охватом всего процесса познания или проектирования системы, а для одной из ее страт (что, как правило, и бывает на практике), и для того, чтобы не возникало терминологических и иных разногласий между исследователями или разработчиками системы, нужно прежде всего четко оговорить, о какой именно страте рассмотрения системы идет речь.
Как создать работающую систему нематериальной мотивации: 6 идей
Варианты нематериальной мотивации, успешно апробированные в ритейл-компании.
Людям важно, чтобы их ценили, успехи замечали, это имеет не меньшее значение, чем конкурентоспособная зарплата и соцпакет. Без своевременной благодарности и признания может появиться выгорание и безразличие к работе. Грамотно организовать систему нематериальной мотивации в ритейл-компании с тысячами сотрудников по всей стране не так-то просто, делюсь практическими рекомендациями. Мы выстроили все таким образом, чтобы внимание компании чувствовал и директор магазина в отдаленном районе, и супервайзер в мегаполисе.
Отличие нематериальной мотивации от материальной
Тут формулировки говорят сами за себя. К материальной мотивации относятся размер заработной платы, премии, бонусы, надбавки, льготы, компенсации, проценты за выполнение KPI, скидки, наличие ДМС и так далее.
Нематериальная же мотивация – это неденежные меры. Она включает возможность карьерного роста и профессионального развития, обучение (повышение квалификации, курсы, тренинги, мастер-классы), участие в интересных проектах, работу в крутой команде, персонализированную благодарность коллег и руководителя, признание. Это то, что вдохновляет людей, дает понимание – они важны для компании, их труд больше, чем просто выполнение инструкций, плана и KPI.
Отсюда вывод: материальная мотивация – это больше прагматическая сторона, а нематериальная – эмоциональная. Они всегда взаимосвязаны и дополняют друг друга.
Сначала закрываем базовые потребности
В рамках культурной трансформации перед нами стояла цель повысить вовлеченность сотрудников. Это комплексная забота о персонале, у которой два уровня. Первый, базовый, включает повышение привлекательности работодателя по уровню зарплаты и набору льгот и компенсаций, второй уровень – развитие корпоративной культуры, нематериальной мотивации и признания, без чего также невозможно построение вовлеченной команды.
Тут можно ориентироваться на пирамиду ценностей, где на базовых уровнях находятся защищенность, уверенность, стабильность и комфорт, дальше идет здоровье, затем общение, внимание, единение, забота и поддержка. На третьей ступени – отдых и развлечение, на второй – творчество и новый опыт, и на вершине пирамиды – саморазвитие и личностный рост. Из чего следует – прежде чем начинать работу над системой нематериальной мотивации, следует сначала закрыть базовые потребности персонала.
С чего начать
У нас работает более 260 тысяч человек в разных регионах страны: от Красноярска до Калининграда. Частично система признания уже была, стояла задача как расширить ее, так и систематизировать, сделать понятной и прозрачной для всех сотрудников во всех регионах.
Для удобства коммуникации/трансляции преимуществ HR-бренда внутри мы делим сотрудников на три большие группы: персонал розницы (все магазины), распределительных центров (склады, логистика) и офисные сотрудники (тут дополнительно выделяем еще две отдельные категории – руководители и молодежь).
Очевидно, что у каждой группы свое понимание того, что важно именно для них. Поэтому мы оттолкнулись от запросов целевых аудиторий и выделили несколько активностей, которые реализуем в рамках нематериальной мотивации и признания. Часть из этих мероприятий уже была, поэтому мы их просто доработали и актуализировали.
Что реализовали
На сегодня в компании существует несколько проектов по направлению «Признание».
1. Внутренний рейтинг сотрудников
Первое, что мы сделали, это создали специальный внутренний рейтинг, который позволяет выбирать лучших сотрудников в разных направлениях. Вместе с топ-менеджерами компании и коллегами из других отделов мы сформулировали понятные для всех критерии эффективности для каждой профессии.
Если раньше при выборе лучшего продавца или администратора приходилось каждый раз изобретать велосипед и формулировать критерии отбора, то сейчас создана прозрачная система оценки. Ей легко могут воспользоваться менеджеры в разных регионах. Например, критерии для выбора лучшего директора – это текучесть кадров, комплектность (все ли вакансии в данном магазине заняты), отсутствие очередей на кассе и так далее.
Определили временные периоды и единый концепт для награждения. Мы выбираем лучших сотрудников в логистике каждый месяц, в рознице и офисе – каждый квартал. Все они получают памятные подарки от компании. По итогам года мы также выбираем лучших, и награждаем их на новогоднем корпоративе. Кроме того, раз в год сотрудники офиса номинируют на премию «Самый ценный сотрудник» тех коллег, которые больше всего соответствуют ценностям компании. За лауреатов открыто голосуют на корпоративном сайте.
2. Конкурс профессионального мастерства
Для команд розницы и логистики каждый год проходит конкурс профессионального мастерства. Он включает несколько этапов: отбор по показателям работы по итогам полугодия, онлайн-викторину, в финале – игру, имитирующую реальные бизнес-процессы компании. В прошлом году мы впервые решили сделать совместный финал для розницы и логистики, объединив их в большую команду регионов (до этого магазины соревновались с магазинами, РЦ – с РЦ).
Суть в том, чтобы сотрудники магазинов и распределительных центров почувствовали себя единой командой. Несмотря на то, что офлайн они почти не пересекаются, то, что они делают, – звенья одной цепи. Поэтому результат очень зависит от их слаженной работы, уважения и взаимовыручки. Например, если из РЦ не по графику отправят ящики с бананами, то в магазине не смогут вовремя разгрузить, и, соответственно, товар не попадет в нужный момент в руки нашего гостя.
3. Отмечаем важные даты вместе
Мы отмечаем дни рождения: как сотрудников, так и магазинов, и распределительных центров. Магазины, которые празднуют юбилейные 5, 10, 15 и 20 лет работы, получают памятные подарки. Сотрудникам в день рождения приходит SMS с поздравлением от компании, а также письмо на почту от генерального директора или директора макрорегиона.
4. Говорим «Спасибо»
Много позитивных откликов получили благодарности родственникам – мы говорим «спасибо» родителям и детям сотрудников. В регионах проходят бизнес-завтраки с руководителями, где можно пообщаться и в неформальной обстановке, задать все волнующие вопросы. Кроме того, мы отмечаем тех, кто с нами уже не первый год, и благодарим их за стаж и верность компании. Поблагодарить друг друга коллеги могут на корпоративном портале с помощью кнопки «спасибо».
5. Рассказываем истории успеха сотрудников
Мы запустили отдельный проект по трансляции историй успеха наших коллег в корпоративных соцсетях, на портале и в СМИ. Благодаря этому просто и понятно на реальных примерах мы рассказываем о преимуществах HR-бренда, а также создаем дополнительную мотивацию для героев публикаций и их коллег – компания их ценит, замечает и признает успехи своих сотрудников.
6. Обучение руководителей
Необходимо понимать, что важную роль в повышении вовлеченности играют руководители. Так как именно они могут создать ту атмосферу и настроение, при которых сотрудник чувствует заботу, внимание, признание и желание каждый день приходить на работу. Поэтому мы проводим специальные тренинги и мастер-классы для руководителей разного уровня.
Следующий шаг
В планах автоматизация большинства проектов. То есть заслуги и награды сотрудников будут отображаться в нашем корпоративном приложении «Личный кабинет». Например, человек становится самым ценным сотрудником года по мнению коллег, получает баллы и может на них выбрать что-то в онлайн-магазине подарков: дополнительные дни к отпуску или памятный сувенир. Это позволит нам еще больше таргетировать систему признания для любого сотрудника.
Учитель информатики
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
§ 5. Системы объектов
Информатика. 6 класса. Босова Л.Л. Оглавление
Разнообразие систем.
Ключевые слова:
Состояние сложного, составного объекта определяется не только значениями его собственных признаков, но и состояниями объектов-частей. Например, автомобиль переходит в состояние торможения, когда нажата педаль тормоза.
Подход к описанию сложного объекта, при котором не просто называют его составные части, но и рассматривают их взаимодействие и взаимовлияние, принято называть системным подходом. При этом сложный объект называют системой, а его части — компонентами (элементами) системы.
Любой реальный объект достаточно сложен. Поэтому его можно рассматривать как систему.
Различают материальные, нематериальные и смешанные системы. В свою очередь, материальные системы разделяют на природные и технические (рис. 15).
Примеры природных систем вам хорошо известны: Солнечная система, растение, живой организм и прочее.
Технические системы создаются людьми. Примеры технических систем: автомобиль, компьютер, система вентиляции.
Примеры нематериальных систем: разговорный язык, математический язык, нотные записи.
Смешанные системы содержат в себе материальные и нематериальные компоненты. Среди них можно выделить так называемые социальные системы. Социальные системы образуют люди, объединённые одним занятием, интересами, целями, местом проживания и т. д. Примеры социальных систем: оркестр, футбольный клуб, население города.
Состав и структура системы
Любая система определяется не только набором и признаками её элементов, но также взаимосвязями между элементами. Одни и те же элементы, в зависимости от объединяющих их взаимосвязей, могут образовывать различные по своим свойствам системы. Например, из деталей одного и того же конструктора ребёнок собирает разные сооружения.
Из одного и того же набора продуктов (мясо, капуста, картофель, морковь, лук, помидоры) мама может приготовить первое (щи) или второе (рагу) блюдо.
Из молекулы одного и того же химического вещества. (углерода) состоят алмаз и графит. Но алмаз — самое твёрдое вещество в природе, а графит — мягкий, из него делают грифели для карандашей. А всё потому, что в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита — слоистую.
Структура — это порядок объединения элементов, составляющих систему.
Состав и структуру системы описывают с помощью схемы состава. В состав системы может входить другая система. Первую называют надсистемой, вторую — подсистемой. Имя надсистемы на схеме состава всегда располагают выше имён всех её подсистем. В этом случае говорят о многоуровневой структуре системы, в которой один и тот же компонент может одновременно быть надсистемой и подсистемой. Например, головной мозг — подсистема нервной системы птицы и надсистема, в состав которой входят передний мозг, средний мозг и т. д. (рис. 16).
Во многих случаях связь между объектами очевидна, но не сразу понятно, в составе какой надсистемы их нужно рассматривать.
Например, дорожное покрытие изнашивается оттого, что по городу ездят автомобили, автобусы, троллейбусы и прочие наземные транспортные средства. Наземные транспортные средства и дороги — составные части транспортной системы города.
Дерево может погибнуть от насекомых-вредителей, если уменьшится численность птиц. Насекомые, птицы, деревья — компоненты системы «Парк» или «Лес» (рис. 17).
Главное свойство любой системы — возникновение системного эффекта. Заключается оно в том, что при объединении элементов в систему у системы появляются новые признаки, которыми не обладал ни один из элементов в отдельности.
В качестве примера системы рассмотрим самолёт. Главное его свойство — способность к полёту. Ни одна из составляющих его частей в отдельности (крылья, фюзеляж, двигатели и т. д.) этим свойством не обладает, а собранные вместе строго определённым способом, они такую возможность обеспечивают. Вместе с тем, если убрать из системы «самолёт* какой-нибудь элемент (например, крыло), то не только это крыло, но и весь самолёт потеряет способность летать.
Система и окружающая среда
Выделив некоторую систему из окружающей среды, мы как бы проводим вокруг неё замкнутую границу, за пределами которой остаются не вошедшие в систему объекты. Эти объекты оказывают влияние на систему. Сама система также оказывает влияние на окружающую среду. Поэтому говорят, что система и среда взаимодействуют между собой.
Если, например, рассмотреть в качестве системы ученический коллектив одного класса, то весь остальной коллектив школы будет относиться к среде этой системы.
Воздействия среды на систему называют входами системы, а воздействия системы на среду — выходами системы. На рисунке 18 эти связи изображены стрелками.
Например, дерево можно выделить из окружающей среды как систему, состоящую из корня, ствола, веток и листьев. Входы этой системы — вода, солнечный свет, углекислый газ, минеральные вещества и т. д. Выходы — кислород, тень от кроны, древесина, молодые побеги и многое другое (рис. 19).
Для большинства реальных систем список входов и выходов бесконечен.
Система как «чёрный ящик»
Очень часто человек не знает, как «внутри» устроена система, с которой он имеет дело. Человеку куда важнее знать, к каким результатам на выходе приведут определённые воздействия на входе системы. В таких случаях говорят, что система рассматривается как «чёрный ящик».
Представить некоторую систему в виде «чёрного ящика» — это значит указать её входы и выходы, а также зависимость между ними. Такое описание позволяет целенаправленно использовать данную систему. Например, всякие инструкции для пользователей сложной бытовой техники являются описаниями «чёрного ящика». В них объясняется, что нужно сделать на входе (включить, нажать, повернуть и пр.), чтобы достичь определённого результата на выходе (постирать белье, получить фруктовый сок, выполнить вычисления и пр.). Однако, что при этом происходит «внутри», не объясняется.
Самое главное
Система — это целое, состоящее из частей, взаимосвязанных между собой. Части, образующие систему, называются её компонентами.
Структура — это порядок объединения элементов, составляющих систему.
При системном подходе учитывается взаимодействие и взаимовлияние всех компонентов системы.
Всякая система приобретает новые качества, которыми не обладал ни один из её элементов в отдельности (свойство системного эффекта).
Воздействия среды на систему называют входами системы, а воздействия системы на среду — выходами системы.
Системный анализ
Для того чтобы получить информационную модель любого реального объекта или процесса, необходимо рассмотреть его с системной точки зрения — выполнить системный анализ объекта. Задача системного анализа, который проводит исследователь, — упорядочить свои представления об изучаемом объекте для того, чтобы отразить их в информационной модели. Таким образом, просматривается следующий порядок этапов перехода от реального объекта к информационной модели:
Понятие системы
Под системой понимается любой объект, состоящий из множества взаимосвязанных частей и существующий как единое целое.
Наука о системах называется системологией. Любой объект окружающего мира можно рассматривать как систему. Системы бывают материальные, нематериальные и смешанные. Примеры материальных систем: дерево, здание, человек, планета Земля, Солнечная система. Примеры нематериальных систем: человеческий язык, математика. Пример смешанных систем — школа. Она включает в себя как материальные части (школьное здание, оборудование, тетради, учебники и пр.), так и нематериальные (учебные планы, программы, расписания уроков).
Все разнообразие существующих систем можно разделить на две категории: на естественные системы, т.е. существующие в природе, и искусственные системы — созданные человеком. Например, Солнечная система — естественная, а компьютер — искусственная система. Для всякой искусственной системы существует цель ее создания человеком: автомобиль — перевозить людей и грузы, компьютер — работать с информацией, завод — производить продукцию. В системологии искусственную систему определяют как “средство достижения цели”*. Именно целесообразностью системы определяется ее состав и структура.
Состав системы. Подсистемы
Состав системы — это множество входящих в нее частей. В качестве примера системы рассмотрим объект, с которым ученикам приходится иметь дело на уроках информатики, — персональный компьютер.
Самое поверхностное описание ПК такое: это система, составными частями которой являются системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь. Можно ли назвать их простыми элементами компьютера? Конечно, нет! Каждая из этих частей — это тоже система, состоящая из множества взаимосвязанных частей. В состав системного блока входят: центральный процессор, оперативная память, накопители на жестких и гибких магнитных дисках, CD-ROM, контроллеры внешних устройств и пр. В свою очередь, каждое из этих устройств — также сложная система. Например, центральный процессор состоит из арифметико-логического устройства, устройства управления, регистров. Так можно продолжать и дальше, все более углубляясь в подробности устройства компьютера.
Систему, входящую в состав какой-то другой, более крупной системы, называют подсистемой.
Из данного определения следует, что системный блок является подсистемой персонального компьютера, а процессор — подсистемой системного блока.
А можно ли сказать, что какая-то простейшая деталь компьютера, например гайка, системой не является? Все зависит от точки зрения. В устройстве компьютера гайка — простая деталь, поскольку на более мелкие части она не разбирается. Но с точки зрения строения вещества, из которого сделана гайка, это не так. Металл состоит из молекул, образующих кристаллическую структуру, молекулы — из атомов, атомы — из ядра и электронов. Чем глубже наука проникает в вещество, тем больше убеждается, что нет абсолютно простых объектов. Даже частицы атома, которые называли “элементарными” (например, электроны), тоже оказались не простыми.
Любой реальный объект бесконечно сложен. Описание его состава и структуры всегда носит модельный характер, т.е. является приближенным. Степень подробности такого описания зависит от его назначения. Одна и та же часть системы в одних случаях может рассматриваться как ее простой элемент, в других случаях — как подсистема, имеющая свой состав и структуру.
Структура системы
Всякая система определяется не только составом своих частей, но также порядком и способом объединения этих частей в единое целое. Все части (элементы) системы находятся в определенных отношениях или связях друг с другом. Здесь мы выходим на следующее важнейшее понятие системологии — понятие структуры.
Структура — это совокупность связей между элементами системы.
Можно еще сказать так: структура — это внутренняя организация системы. Многие открытия в науке связаны именно с выяснением структуры природных систем. Например, экспериментально было доказано, что атом состоит из положительно и отрицательно заряженных частиц. Однако лишь открытие орбитальной структуры атома, сделанное Нильсом Бором, в полной мере объяснило природу атома. Стали понятны многие физические явления (например, механизм электромагнитного излучения).
Всякая система обладает определенным составом и структурой. Свойства системы зависят от того и от другого. Даже при одинаковом составе системы с разной структурой обладают разными свойствами, могут иметь разное назначение.
С примерами зависимости свойств различных систем от их структуры ученики встречаются в разных школьных дисциплинах. Например, известно, что графит и алмаз состоят из молекул одного и того же химического вещества — углерода. Но в алмазе молекулы углерода образуют кристаллическую структуру, а у графита структура совсем другая — слоистая. В результате алмаз — самое твердое в природе вещество, а графит — мягкий, из него делают грифели для карандашей. В химии известно явление, которое называется изомерией. Вещества, состоящие из молекул одинакового атомарного состава, но различающиеся структурой молекул, обладают разными свойствами.
Типы связей в системах
Связи в системах бывают материальными и информационными. В естественных системах неживой природы (космические системы, атомы и молекулы, природные системы на Земле и пр.) связи носят только материальный характер, а в системах живой природы существуют связи материальные и информационные.
Информационные связи — это обмен информацией между частями системы, поддерживающий ее целостность и функциональность.
Очевидно существование информационных связей в животном мире, в человеческом обществе. В технических системах, используемых в информационной сфере (радио, телевидение, компьютерные сети), также действуют связи информационного типа. В них информация — это семантическое содержание физических сигналов, передаваемых между частями системы.
Общественные (социальные) системы — это различные объединения людей. Конечно, между ними тоже есть определенные материальные связи (например, общее помещение, экономическая зависимость, родственно-генетические связи), но очень важны информационные связи. Ни один коллектив, от семьи до государства, не может существовать без информационного обмена.
Системный эффект
Следующее важное положение системологии формулируется так: всякая система приобретает новые качества, не присущие ее составным частям.
Например, отдельные детали велосипеда: рама, руль, колеса, педали, сиденье — не обладают способностью к езде. Но вот эти детали соединили определенным образом, создав систему под названием “велосипед”, которая приобрела новое качество — способность к езде, т.е. возможность служить транспортным средством. Этим свойством не обладала ни одна из деталей в отдельности. То же самое можно показать на примере самолета: ни одна часть самолета в отдельности не обладает способностью летать; но собранный из них самолет (система) — летающее устройство. Еще пример: социальная система — строительная бригада. Один рабочий, владеющий одной специальностью (каменщик, сварщик, плотник, крановщик и пр.), не может построить многоэтажный дом, но вся бригада вместе справляется с этой работой.
Появление нового качества у системы называется системным эффектом. Это же свойство выражается фразой: “Целое больше суммы своих частей”.
Модели систем
Наши представления о реальных системах носят приближенный, модельный характер. Описывая в какой-либо форме реальную систему, мы создаем ее информационную модель. Рассмотрим три разновидности информационных моделей систем:
— модель “черного ящика”;
Модель “черного ящика”. Всякая система — это нечто цельное и выделенное из окружающей среды. Система и среда взаимодействуют между собой. В системологии используются представления о входах и выходах системы. Вход системы — это воздействие на систему со стороны внешней среды, а выход — это воздействие, оказываемое системой на окружающую среду. Такое представление о системе называется моделью “черного ящика” (см. рисунок).
Модель “черного ящика”
Модель “черного ящика” используется в тех случаях, когда внутреннее устройство системы недоступно или не представляет интереса, но важно описать ее внешние взаимодействия. Например, в любой инструкции по использованию бытовой техники (телевизор, магнитофон, стиральная машина и пр.) дается описание работы с ней на уровне входов и выходов: как включить, как регулировать работу, что получим на выходе. Такого представления может быть вполне достаточно для пользователя данной техникой, но не достаточно для специалиста по ее ремонту.
Модель “черного ящика” отражает лишь взаимодействие системы с окружающей средой. Такой подход к сложным системам был введен в кибернетике. Казалось бы, это простейшая модель, которая не углубляется во внутреннее устройство системы. Однако и внешние взаимодействия реальной системы оказываются бесконечно сложными. Поэтому модель “черного ящика”, как и любая другая, строится в соответствии с целью моделирования, учитывая лишь те входы и выходы системы, которые существенны с точки зрения цели моделирования, назначения создаваемой модели.
Если описать компьютер как “черный ящик”, учитывая только его информационное взаимодействие с внешней средой, то модель получится следующей:
Модель “черного ящика” компьютера
Если, кроме информационного, учитывать еще и физическое взаимодействие компьютера с внешней средой, то на входе надо добавить: “электропитание”, “температурное воздействие”, “вибрационное воздействие”. На выходе: “излучение экрана”, “шум вентилятора”, “нагрев от монитора”. В таком расширенном списке входов и выходов следует выделить основные параметры и побочные. Основные — это те, которые связаны с главной функцией системы: работа с информацией. Среди побочных можно выделить необходимые (электропитание) и нежелательные (излучение экрана, шум вентилятора).
Модель можно расширить, добавив в нее экономические параметры, связанные с финансовыми расходами на входе (исходная цена, оплата электроэнергии, оплата за пользование Интернетом) и возможными доходами на выходе, если компьютер является рабочим инструментом, в результате использования которого человек зарабатывает деньги.
Модель состава системы дает описание входящих в нее элементов и подсистем, но не рассматривает связей между ними. Очевидно, что и модель состава компьютера может иметь разные варианты в зависимости от отражаемой в ней точки зрения на систему. Например:
Вариант 1: системный блок, клавиатура, монитор, принтер, мышь.
Вариант 2: оперативная память, внешняя память, центральный процессор, устройства ввода, устройства вывода.
Вариант 3: центральный процессор, ОЗУ, ПЗУ, жесткий диск, флоппи-диск, лазерный диск, информационная магистраль, клавиатура, монитор, контроллеры внешних устройств и пр.
Структурную модель системы еще называют структурной схемой. На структурной схеме отражается состав системы и ее внутренние связи. Наряду с термином “связь” нередко употребляют термин “отношение”.
Наглядным способом описания структурной модели системы являются графы (см. “Графические модели”). На рисунке в виде ориентированного графа приведена структурная модель компьютера.
Структурная модель кмпьютера с информационными связями
Здесь стрелки обозначают информационные связи между элементами системы. Направление стрелок указывает на направление передачи информации.
Однако если нас интересуют связи по управлению, то получится следующая граф-модель компьютера:
Структурная модель кмпьютера со связями по управлению
Здесь стрелка обозначает направление управляющего воздействия. Смысл схемы заключается в том, что процессор управляет работой всех остальных устройств компьютера.
Следовательно, структурная модель одной и той же системы может быть разной. Все определяется целями моделирования.
Методические рекомендации
Одной из наиболее заметных тенденций в современном развитии школьной информатики стало проникновение в ее содержание элементов системного анализа. Знакомство учащихся с системным анализом может происходить по двум целевым направлениям:
— развитие системного мышления учащихся;
— знакомство с системным анализом как этапом информационного моделирования.
Начиная обсуждение понятия “система”, следует обратить внимание учащихся на то, что с этим понятием они многократно встречались как в учебных дисциплинах, так и в повседневной жизни. Примеров можно привести достаточно много: Солнечная система, периодическая система химических элементов, системы растений и животных, система образования, система транспорта, система здравоохранения и многое другое. Безусловно, ученики имеют некоторое интуитивное понимание того, что такое система. Однако для информатики это понятие является одним из фундаментальных и поэтому здесь нельзя ограничиться интуитивным представлением.
Сформулировав определение системы, его необходимо подробно обсудить. В ходе такого обсуждения следует использовать знакомые и понятные ученикам примеры систем. Наряду с теми, что были перечислены выше, нужно напомнить примеры систем, с которыми ученики встречались в курсе информатики. Например, совокупность взаимосвязанных данных, предназначенных для обработки на компьютере, называется системой данных. Совокупность взаимосвязанных программ определенного назначения образует программные системы: операционные системы, системы программирования. Файловая система — организованная совокупность файлов и папок на дисках компьютера.
Двигаясь от интуитивного представления учащихся о системах к более строгому, научному пониманию, необходимо последовательно раскрыть следующие свойства систем:
— функция (цель, назначение) системы;
— взаимодействие системы с окружающей средой;
На конкретных примерах необходимо показать неразрывность системного анализа с информационным моделированием. Информационная модель базируется на данных, т.е. на информации об объекте моделирования. Любой реальный объект — это сложная система, которая обладает бесконечным множеством различных свойств и характеристик. Важнейшим этапом моделирования является разделение параметров, характеризующих моделируемый объект или процесс, по степени важности влияния их изменений на поведение объекта или процесса, — то поведение, которое представляется важным с точки зрения достижения целей моделирования. Такой процесс называется ранжированием. Чаще всего невозможно (да и не нужно) учитывать все факторы, которые могут повлиять на поведение объекта или процесса, — нужно выделить важнейшие из них. От того, насколько удачно на этапе системного анализа будут выделены важнейшие факторы, зависит успех моделирования, быстрота и эффективность достижения цели.
Выделить более важные (или, как говорят, значимые) факторы и отсеять менее важные может лишь специалист в той предметной области, к которой относится модель. Например, если учитель хочет создать модель учебного процесса в классе, то ему потребуются данные об изучаемых предметах, расписании занятий, сведения об оценках учеников, о преподавателях. Если же он задался целью смоделировать процесс летнего отдыха (например, коллективную поездку на юг), то ему потребуются совсем другие данные: сроки поездки, маршрут поезда, стоимость билетов, стоимость расходов на питание и пр. Возможно, что единственными общими данными для этих двух моделей будет список учеников класса.