1. Trang Chủ
  2. Sinh học
  3. Nghiên cứu phân chia hệ thống chủ đề sinh học các cấp độ tổ chức sống trong dạy học sinh học phổ thông

Nghiên cứu phân chia hệ thống chủ đề sinh học các cấp độ tổ chức sống trong dạy học sinh học phổ thông

Bài viết này đưa ra một số tiêu chí cơ bản dựa trên tiếp cận sinh học hệ thống để phân chia và xác định số lượng các CĐTCS. Từ đó, xác định nội hàm các chủ đề sinh học các CĐTCS giúp định hướng việc cấu trúc hóa nội dung của các chủ đề theo hướng hiện đại hóa nội dung sách giáo khoa (SGK) sinh học để hội nhập quốc tế, và khắc phục việc biên soạn nội dung SGK Sinh học là các kiến thức chuyên ngành sinh học thuần túy như hiện nay. BÁO CÁO KHOA HỌC HỘI THẢO KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ 1 NGHIÊN CỨU PH

Thể loại Tài liệu miễn phí Sinh học

Số trang 11

Ngày tạo 4/8/2023 7:04:10 PM +00:00

Loại tệp PDF

Kích thước 0.72 M

Tên tệp

Tải Nghiên cứu phân chia hệ thống chủ đề sinh học các ... (.pdf)

Xem mẫu

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