Apkārtējā pasaule ir hierarhiska sistēma. Atklātā informātikas stunda "Apkārtējā pasaule kā hierarhiska sistēma" (9.kl.)

Mēs dzīvojam makrokosmosā. i., pasaulē, kas sastāv no priekšmetiem, kas pēc izmēra salīdzināmi ar cilvēku. Parasti makroobjektus iedala nedzīvos (akmens, ledus gabals, baļķis utt.), dzīvos (augi, dzīvnieki, cilvēki) un mākslīgos (ēkas, transportlīdzekļi, mašīnas un mehānismi, datori utt.). Makroobjekti sastāv no molekulām un atomiem, kas savukārt sastāv no elementārdaļiņām, kuru izmēri ir ārkārtīgi mazi. Šo pasauli sauc par mikropasauli. Mēs dzīvojam uz planētas Zeme, kas ir daļa no Saules sistēmas, Saule kopā ar simtiem miljonu citu zvaigžņu veido mūsu Piena Ceļa galaktiku, un miljardiem galaktiku veido Visumu. Visi šie objekti ir milzīgi lieli un veido mega pasauli. Visa mega-, makro- un mikropasaules objektu dažādība sastāv no matērijas, savukārt visi materiālie objekti mijiedarbojas viens ar otru un tāpēc tiem ir enerģija. Virs zemes virsmas paceltam ķermenim ir mehāniskā enerģija, uzkarsētā tējkannā ir siltumenerģija, lādētam vadītājam ir elektriskā enerģija, bet atomu kodoliem ir atomenerģija. Pasaule var attēlot kā hierarhisku objektu sēriju: elementārdaļiņas, atomi, molekulas, makroķermeņi, zvaigznes un galaktikas. Tajā pašā laikā molekulu un makroķermeņu līmeņos šajā hierarhiskajā virknē veidojas atzars - vēl viena sērija, kas saistīta ar dzīvo dabu. Savvaļas dzīvniekiem pastāv arī hierarhija: vienšūnas - augi un dzīvnieki - dzīvnieku populācijas. Dzīvības evolūcijas virsotne uz Zemes ir cilvēks, kurš nevar dzīvot ārpus sabiedrības. Katrs cilvēks individuāli un sabiedrība kopumā pēta apkārtējo pasauli un uzkrāj zināšanas, uz kuru pamata tiek radīti mākslīgie objekti. Visu iepriekš minēto var attēlot diagrammas veidā.

Katrs objekts sastāv no citiem objektiem, tas ir, tā ir sistēma. Tajā pašā laikā katru objektu var iekļaut kā elementu augstāka strukturālā līmeņa sistēmā. Tas, vai objekts ir sistēma vai sistēmas elements, ir atkarīgs no skatījuma (pētījuma mērķiem). Tajā pašā laikā ūdeņraža atoms ir iekļauts ūdens molekulā, t.i., tas ir augstākas ūdeņraža sistēmas elements un strukturālā līmeņa molekula.

Materiālo sistēmu pasaulē pastāv noteiktas hierarhijas – sakārtotas subordinācijas un sarežģījumu secības. Tie kalpo par sistēmoloģijas empīrisko pamatu. Visu mūsu pasaules daudzveidību var attēlot kā secīgi topošas hierarhijas.

Tā ir dabiska, fizikāli ķīmiski bioloģiskā (PCB) hierarhija un sociāli tehniskā hierarhija (ST), kas radās uz tās pamata. Sistēmu apvienošana no dažādām hierarhijām noved pie "jauktām" sistēmu klasēm. Tādējādi hierarhijas fizikāli ķīmiskās daļas (PC - "vide") sistēmu kombinācija ar hierarhijas bioloģiskās daļas dzīvajām sistēmām (B - "biota") noved pie jauktas sistēmu klases, ko sauc par ekoloģisko. Apvienojot sistēmas no hierarhijām B, C (“cilvēks”) un T (“tehnoloģija”), tiek izveidota ekonomisku jeb tehnisko un ekonomisko sistēmu klase.

Dabiskā hierarhija – no elementārdaļiņām līdz mūsdienu biosfērai – atspoguļo matērijas evolūciju. ST (sociāli tehniskās hierarhijas) atvase ir ļoti nesena un īslaicīga universālā laika skalā, taču tai ir spēcīga ietekme uz visu virssistēmu. Shematiski norāda uz cilvēku sabiedrības ietekmi uz dabu, ko veic tehnoloģijas un tehnoloģijas (tehnoģenēze). Iepriekš minētā holistiskā pieeja paredz šo hierarhiju kopuma kā vienotas sistēmas izskatīšanu.

Sistēmu klasifikāciju var veikt pēc dažādiem kritērijiem. Galvenā grupēšana ir trīs kategorijās: dabaszinātnes, tehniskās un sociāli ekonomiskās. Dabiskajās (bioloģiskajās) sistēmās katra elementa vietu un funkcijas, to mijiedarbību un savstarpējo saistību nosaka daba, un šīs organizācijas uzlabošana notiek saskaņā ar evolūcijas likumiem. Tehniskajās sistēmās katra mehānisma, mezgla un detaļas vietu un funkcijas iepriekš nosaka projektētājs (tehnologs), kurš to ekspluatācijas laikā uzlabo. Sociāli ekonomiskajās sistēmās elementu vietu, funkcijas un savstarpējo saistību iepriekš nosaka vadītājs (vadītājs), viņš tos koriģē un atbalsta.

Atkarībā no risināmās problēmas var izvēlēties dažādus klasifikācijas principus.

Sistēmas var klasificēt šādi:

Materiāls un ikonisks;

Vienkāršs un sarežģīts;

dabīgs un mākslīgs;

Aktīvs un pasīvs;

Atvērts un slēgts;

Deterministiskais (cietais) un stohastiskais (mīkstais).

Objektīvi reālas materiālās sistēmas parasti tiek definētas kā objektu kopums, ko vieno noteikta veida regulāra mijiedarbība vai savstarpēja atkarība, lai veiktu noteiktu funkciju (dzelzceļš, rūpnīca utt.).

Starp cilvēka radītajām sistēmām ir arī abstraktas, simboliskas, tīri informatīvas sistēmas, kas ir zināšanu produkts - iedomājamas, ideālas un modeļu sistēmas. To elementi ir nevis lietas, bet jēdzieni, entītijas, savstarpēji mijiedarbojoši masīvi un informācijas plūsmas: piemēram, matemātisko vienādojumu sistēma; Eiklida aksiomu sistēma; iestatīt sistēmu; loģiskās sistēmas; ķīmisko elementu sistēma; kodeksu tiesību sistēma, varas sistēma, uzņēmuma mērķu sistēma, ceļu satiksmes noteikumi utt.; un, protams, internets.

Parasti organizācijas kā sistēmas (piemēram, biznesa organizācijas un sociālās organizācijas) ir specifiskas materiālās sistēmas, taču savās funkcijās un uzvedībā tās satur dažas abstraktu sistēmu īpašības - instrukciju, noteikumu, noteikumu, likumu, grāmatvedības, kontu sistēmas, utt.

Kā pamatu sistēmu klasifikācijai pēc sarežģītības dažādi autori ņem dažādas pazīmes: sistēmas lielumu, savienojumu skaitu, sistēmas uzvedības sarežģītību. Mūsuprāt, sadalīšanai vienkāršās un sarežģītās sistēmās jānotiek, pamatojoties uz mērķa esamību un dotās funkcijas sarežģītību.

Vienkāršas sistēmas, kurām nav mērķa un ārējas darbības (atoms, molekula, kristāls, mehāniski savienoti ķermeņi, pulksteņa mehānisms, termostats utt.), ir nedzīvas sistēmas. Sarežģītas sistēmas, kurām ir mērķis un "pilda noteiktu funkciju", ir dzīvas sistēmas jeb sistēmas, ko rada dzīvs: vīruss, baktērija, nervu sistēma, daudzšūnu organisms, organismu kopiena, ekoloģiskā sistēma, biosfēra, cilvēks un cilvēka radītās materiālās sistēmas - mehānismi, mašīnas, datori, internets, industriālie kompleksi, ekonomiskās sistēmas, globālā tehnosfēra un, protams, dažādas organizācijas.

Atšķirībā no vienkāršām sistēmām, sarežģītas sistēmas spēj veikt meklēšanu, atlasi un aktīvus lēmumus. Turklāt viņiem obligāti ir atmiņa. Tās visas ir betona materiālu sistēmas. Tie sastāv no (vai ietver vairākus) materiālu elementus. Ja mijiedarbība starp elementiem ir spēku vai vielas, enerģijas un informācijas pārneses raksturs un var mainīties laikā, mums ir darīšana ar dinamiskām sistēmām. Tie veic funkcijas, kas saistītas ar ārējo vidi – aizsardzības pret vidi funkciju vai strādā pie vides optimizēšanas, vismaz vienu ārējo funkciju – pašsaglabāšanās funkciju.

Atvērta sistēma būtiski mijiedarbojas ar citām sistēmām, lai sasniegtu savus mērķus. Atvērtas sistēmas jēdzienu ieviesa L. fon Bertalanfi. Atvērtās sistēmas spēj apmainīties ar vielu, enerģiju un informāciju ar ārējo vidi, slēgtām sistēmām šīs spējas trūkst. Jebkura sociāli ekonomiskā sistēma pieder atvērto dinamisko sistēmu klasei. Pašorganizācijas jēdziens ir piemērojams dinamisku sistēmu atvēršanai.

Viņi cenšas klasificēt sistēmas pēc savas organizācijas pakāpes, norādot uz strukturētību (labi strukturēts, slikti strukturēts, nestrukturēts). Vēlāk tika ierosināta vienkāršāka klasifikācija: labi organizētas un slikti organizētas jeb difūzas sistēmas; vēl vēlāk, kad parādījās pašorganizējošu sistēmu klase, attiecīgi parādījās to dalījums pašregulējošās, pašmācībās, pašregulējošās, pašpielāgošanās sistēmās. Bet visas šīs klasifikācijas ir diezgan nosacītas.

2. slaids

Mēs dzīvojam makropasaulē, tas ir, pasaulē, kas sastāv no objektiem, kuru izmērs ir salīdzināms ar cilvēku. Parasti makroobjektus iedala nedzīvos (akmens, ledus gabals u.c.), dzīvos (augi, dzīvnieki, pats cilvēks) un mākslīgos (ēkas, transporta līdzekļi, darbgaldi un mehānismi, datori u.c.). Makropasaule. Gulivers liliputiešu zemē

3. slaids

Makroobjekti sastāv no molekulām un atomiem, kas savukārt sastāv no elementārdaļiņām, kuru izmēri ir ārkārtīgi mazi. Šo pasauli sauc par mikropasauli Mikropasauli. Ūdeņraža atoms un ūdens molekula.

4. slaids

Mēs dzīvojam uz planētas Zeme, kas ir daļa no Saules sistēmas, Saule kopā ar simtiem miljonu citu zvaigžņu veido mūsu Piena Ceļa galaktiku, un miljardiem galaktiku veido Visumu. Visi šie objekti ir milzīgi lieli un veido megapasauli Megaworld. Saules sistēma

5. slaids

Galaktika Zvaigznes un planētas Makroķermeņi Molekulas Atomi Elementārās daļiņas Iedzīvotāji Augi un dzīvnieki Vienšūnas Cilvēks Zināšanu sabiedrība Mākslīgie objekti (tehnoloģijas)

6. slaids

Ūdens molekulu H a ūdeņraža atomu var uzskatīt par sistēmu, jo tā sastāv no pozitīvi lādēta protona un negatīvi lādēta elektrona. Tajā pašā laikā ūdeņraža atoms ir iekļauts ūdens molekulā, t.i., tas ir augstāka ūdeņraža sistēmas elements un strukturālā līmeņa molekula.

7. slaids

Atdaliet objektus (ierīces) no integrālās sistēmas (datora), ja tiek noņemta viena no datora ierīcēm (piemēram, procesors), dators atteicās, t.i., tas pārstās pastāvēt kā sistēma

8. slaids

9. slaids

10. slaids

Sistēmas īpašības

Katrai sistēmai ir noteiktas īpašības, kas, pirmkārt, ir atkarīgas no to veidojošo elementu kopas. Tādējādi ķīmisko elementu īpašības ir atkarīgas no to atomu struktūras. Sistēmas īpašības ir atkarīgas arī no sistēmas struktūras, tas ir, no attiecību un savienojumu veida starp sistēmas elementiem. Ja sistēmas sastāv no vieniem un tiem pašiem elementiem, bet tām ir dažādas struktūras, tad to īpašības var būtiski atšķirties.

Mēs dzīvojam makrokosmosāi., pasaulē, kas sastāv no priekšmetiem, kuru izmēri ir salīdzināmi ar cilvēku. Parasti makroobjektus iedala nedzīvos (akmens, ledus gabals, baļķis utt.), dzīvos (augi, dzīvnieki, cilvēki) un mākslīgos (ēkas, transportlīdzekļi, mašīnas un mehānismi, datori utt.). Makroobjekti sastāv no molekulām un atomiem, kas savukārt sastāv no elementārdaļiņām, kuru izmēri ir ārkārtīgi mazi. Šo pasauli saucmikrokosms.Mēs dzīvojam uz planētas Zeme, kas ir daļa no Saules sistēmas, Saule kopā ar simtiem miljonu citu zvaigžņu veido mūsu Piena Ceļa galaktiku, un miljardiem galaktiku veido Visumu. Visi šie objekti ir milzīgi un formasmegapasaule.Visa mega-, makro- un mikropasaules objektu dažādība sastāv no matērijas, savukārt visi materiālie objekti mijiedarbojas viens ar otru un tāpēc tiem ir enerģiju . Virs zemes virsmas paceltam ķermenim ir mehāniskā enerģija, uzkarsētā tējkannā ir siltumenerģija, lādētam vadītājam ir elektriskā enerģija, bet atomu kodoliem ir atomenerģija. Apkārtējo pasauli var attēlot kā hierarhisku objektu sēriju: elementārdaļiņas, atomi, molekulas, makroķermeņi, zvaigznes un galaktikas. Tajā pašā laikā molekulu un makroķermeņu līmeņos šajā hierarhiskajā virknē veidojas atzars - vēl viena sērija, kas saistīta ar dzīvo dabu. Savvaļas dzīvniekiem pastāv arī hierarhija: vienšūnas - augi un dzīvnieki - dzīvnieku populācijas. Dzīvības evolūcijas virsotne uz Zemes ir cilvēks, kurš nevar dzīvot ārpus sabiedrības. Katrs cilvēks individuāli un sabiedrība kopumā pēta apkārtējo pasauli un uzkrāj zināšanas, uz kuru pamata tiek radīti mākslīgie objekti.

Mikropasaule- tās ir molekulas, atomi, elementārdaļiņas - ārkārtīgi mazu, tieši nenovērojamu mikroobjektu pasaule, kuru telpiskā daudzveidība ir aprēķināta no 10-8 līdz 10-16 cm, bet mūžs - no bezgalības līdz 10-24 s.

Makropasaule- cilvēkam samērīgu stabilu formu un vērtību pasaule, kā arī molekulu, organismu, organismu kopienu kristāliskie kompleksi; makroobjektu pasaule, kuras dimensija ir salīdzināma ar cilvēka pieredzes mērogu: telpiskie lielumi izteikti milimetros, centimetros un kilometros, bet laiks - sekundēs, minūtēs, stundās, gados.

Megapasaule- tās ir planētas, zvaigžņu kompleksi, galaktikas, metagalaktikas - milzīgu kosmisku mērogu un ātrumu pasaule, kuras attālums tiek mērīts gaismas gados, bet kosmosa objektu dzīves ilgums - miljonos un miljardos gadu.

Sistēmas un elementi.Katrs objekts sastāv no citiem objektiem, tas ir, tā ir sistēma. Tajā pašā laikā katru objektu var iekļaut kā elementu augstāka strukturālā līmeņa sistēmā. Tas, vai objekts ir sistēma vai sistēmas elements, ir atkarīgs no skatījuma (pētījuma mērķiem).Sistēmasastāv no objektiem, ko saucsistēmas elementi.Piemēram, ūdeņraža atomu var uzskatīt par sistēmu, jo tas sastāv no pozitīvi lādēta protona un negatīvi lādēta elektrona.

Sistēmas integritāte.

Nepieciešams nosacījums sistēmas pastāvēšanai ir tās holistiskā funkcionēšana . Sistēma nav atsevišķu objektu kopums, bet gan savstarpēji saistītu elementu kopums. Piemēram, ja saliek kopā ierīces, kas veido datoru (procesors, RAM moduļi, sistēmas plate, cietais disks, korpuss, monitors, tastatūra un pele), tās neveido sistēmu. Dators, t.i., holistiski funkcionējoša sistēma, veidojas tikai pēc tam, kad ierīces ir fiziski savienotas viena ar otru, tiek ieslēgta strāva un tiek ielādēta operētājsistēma

Ja no sistēmas tiek noņemts vismaz viens elements, tas var pārstāt darboties. Tātad, ja noņemat kādu no datora ierīcēm (piemēram, procesoru), dators neizdosies, tas ir, tas pārstās pastāvēt kā sistēma. Elementu savstarpējai savienošanai sistēmās var būt atšķirīgs raksturs. Nedzīvajā dabā elementu savstarpējā savienošana tiek veikta ar fiziskas mijiedarbības palīdzību:

• mega-pasaules sistēmās (piemēram, in Saules sistēma) elementi mijiedarbojas viens ar otru, izmantojot universālās gravitācijas spēkus;
• makroķermeņos notiek elektromagnētiskā mijiedarbība starp atomiem;
• atomos elementārdaļiņas saista kodola un elektromagnētiskā mijiedarbība.

Savvaļas dzīvniekiem organismu integritāti nodrošina ķīmiskā mijiedarbība starp šūnām, sabiedrībā - sociālās saites un attiecības starp cilvēkiem, tehnoloģijās - funkcionālie savienojumi starp ierīcēm utt.

Sistēmas un to īpašības.

Tulkojumā no grieķu valodas vārds "sistēma" nozīmē "savienojums, veselums, kas sastāv no daļām". Šīs daļas jeb elementi atrodas vienotībā, kurā tās ir noteiktā veidā sakārtotas, savstarpēji saistītas un vienai uz otru ir viena vai otra ietekme.

Pārvaldībai piemīt arī sistemātiska īpašība, tāpēc tās mehānisma izpēti sākam ar iepazīšanos ar sistēmu teorijas pamatnoteikumiem. Saskaņā ar to jebkurai sistēmai ir vairākas pamatfunkcijas.

Pirmkārt, kā jau minēts, tas ir elementu kopums jeb atsevišķas daļas, kas atlasītas pēc viena vai otra principa, kas ir tās struktūru veidojošie faktori un pilda apakšsistēmu lomu. Pēdējie, lai gan ir salīdzinoši neatkarīgi, sistēmā mijiedarbojas dažādos veidos; visvienkāršākajā veidā, atrodoties tuvu un blakus viens otram; Sarežģītākas mijiedarbības formas ir nosacītība (viena elementa ģenerēšana no cita) un to savstarpējā ietekme uz otru. Lai saglabātu sistēmu, šādai mijiedarbībai jābūt harmoniskai.

Mijiedarbības rezultātā elementi un veido sistēmas mēroga īpašības, tas ir, pazīmes, kas raksturīgas sistēmai kopumā un katrai no tām atsevišķi (piemēram, cilvēka ķermenis kopumā un katrs tā orgāns veic vielmaiņu. procesi, ir nervu šūnas, tiek pastāvīgi atjaunināti utt.

Elementu (apakšsistēmu) īpašības nosaka pēdējo vietu sistēmas iekšējā organizācijā un tiek īstenotas to funkcijās. Tas izpaužas kā zināma ietekme uz citiem elementiem vai objektiem, kas atrodas ārpus sistēmas un spēj uztvert, pārveidot un mainīt šo ietekmi atbilstoši tai.

Otrkārt, sistēmai ir robežas, kas to atdala vidi. Šīs robežas var būt "caurspīdīgas", ļaujot iekļūt ārējo ietekmju sistēmā, un "necaurspīdīgas", cieši atdalot to no pārējās pasaules. Sistēmas, kas veic brīvu divvirzienu enerģijas, matērijas, informācijas apmaiņu ar vidi, sauc par atvērtām; pretējā gadījumā mēs runājam par slēgtām sistēmām, kas darbojas salīdzinoši neatkarīgi no vides.

Ja sistēma vispār nesaņem resursus no ārpuses, tai ir tendence sabrukt (entropija) un tā pārstāj eksistēt (piemēram, pulkstenis apstājas, ja tas netiek iedarbināts).

Atvērtās sistēmas, kas patstāvīgi iegūst nepieciešamos resursus no ārējās vides un pārveido tos, lai apmierinātu savas vajadzības, principā ir neizsmeļamas. Tajā pašā laikā nepietiekama vai otrādi, pārmērīgi aktīva apmaiņa ar vidi var iznīcināt sistēmu (resursu trūkuma vai nespējas tos asimilēt pārmērīga daudzuma un daudzveidības dēļ). Tāpēc sistēmai jābūt iekšējā līdzsvara un līdzsvara stāvoklī ar vidi. Tas nodrošina tā optimālu pielāgošanos tai un veiksmīgu attīstību.

Atvērtās sistēmas tiecas uz pastāvīgām izmaiņām, izmantojot specializāciju, diferenciāciju, elementu integrāciju. Tas noved pie attiecību sarežģītības, pašas sistēmas pilnveidošanas, ļauj sasniegt mērķus daudzos veidos (slēgtajiem iespējams tikai viens), bet prasa papildu resursus.

Treškārt, katrai sistēmai ir noteikta struktūra, tas ir, sakārtots savstarpēji saistītu elementu kopums (dažreiz ikdienas dzīvē struktūras jēdziens tiek lietots kā organizācijas jēdziena sinonīms).

Sakārtotība piešķir sistēmai iekšējo organizāciju, kuras ietvaros elementu mijiedarbība ir pakļauta noteiktiem principiem, likumiem. Sistēmas, kurās šāda organizācija ir minimāla, sauc par nesakārtotām, piemēram, par pūli uz ielas. Struktūra vienā vai otrā pakāpē var būt atkarīga no pašu elementu īpašībām (piemēram, attiecības tīri sieviešu, vīriešu, bērnu vai jauktās komandās nav vienādas).

Ceturtais, katrā sistēmā ir noteiktas izteiktas sistēmu veidojošas attiecības jeb kvalitāte, kas vienā vai otrā pakāpē izpaužas visās pārējās, nodrošina to vienotību un integritāti. Ja to nosaka sistēmas būtība, tad to sauc par iekšējo, citādi - par ārējo. Tajā pašā laikā iekšējās attiecības var izplatīties uz citām sistēmām (piemēram, imitējot, aizņemoties pieredzi). Iespēja realizēt sistēmas attiecības un īpašības tikai uz šī pamata (substrāta) padara to unikālu. Sociālajās sistēmās papildus skaidri izteiktām sistēmu veidojošām attiecībām var būt arī netiešas.

Piektais, katrai sistēmai ir noteiktas īpašības. Sistēmas multikvalitatīvais raksturs ir tās dažādajos līmeņos pastāvošo savienojumu un attiecību bezgalības sekas. Kvalitātes izpaužas attiecībā pret citiem objektiem, turklāt dažādi. Piemēram, viena un tā pati persona līdera lomā var kliegt uz padotajiem un bļaut par savu tiešo priekšnieku. Sistēmas īpašības zināmā mērā ietekmē tajās iekļauto elementu kvalitāti, pārveido tos. Spēja to sasniegt raksturo sistēmas spēku.

Sestajā, sistēmu raksturo rašanās, tas ir, kvalitatīvi jaunu īpašību rašanās, kuru tās elementos nav vai kas tiem nav raksturīgas. Tādējādi veseluma īpašības nav vienādas ar daļu īpašību summu, lai gan tās ir atkarīgas no tām, un sistēmā apvienotie elementi var zaudēt tiem raksturīgās īpašības ārpus sistēmas vai iegūt jaunas.

neidentitātesistēmas īpašību elementu īpašību summa kopumā ir saistīta ar struktūras klātbūtni, tāpēc strukturālās transformācijas noved pie kvalitatīvām, bet pēdējās var rasties arī kvantitatīvu izmaiņu dēļ. Tādējādi sistēma var kvalitatīvi mainīties, nemainot tās struktūru, un viena un tā paša kvantitatīvā sastāva ietvaros var pastāvēt vairāki kvalitatīvi stāvokļi.

Septītais, sistēmai ir atgriezeniskā saite, kas tiek saprasta kā noteikta tās kopumā vai atsevišķu elementu reakcija uz otra impulsiem un ārējām ietekmēm.

Grafēns- plānākais cilvēcei zināmais materiāls, kura biezums ir tikai viens oglekļa atoms. Tas ienāca fizikas mācību grāmatās un mūsu realitātē 2004. gadā, kad Mančestras Universitātes pētniekiem Andre Game un Konstantīnam Novoselovam izdevās to iegūt, izmantojot parasto lenti, lai secīgi atdalītu slāņus no parastā kristāliskā grafīta, kas mums pazīstams zīmuļa stieņa formā. .

Grafēna popularitāte pētnieku un inženieru vidū pieaug ar katru dienu, jo tam ir neparastas optiskās, elektriskās, mehāniskās un termiskās īpašības. Daudzi eksperti tuvākajā nākotnē prognozē iespējamu silīcija tranzistoru aizstāšanu ar ekonomiskākiem un ātrdarbīgākiem grafēna tranzistoriem.

Grafīts- minerāls, visizplatītākais un stabilākais zemes garoza oglekļa modifikācija. Struktūra ir slāņaina. Ugunsdrošs, elektriski vadošs, ķīmiski izturīgs. To izmanto kausēšanas tīģeļu ražošanā, lietuvēs, elektrodu, sārma bateriju, zīmuļu u.c. ražošanā Tīri mākslīgie grafīta bloki tiek izmantoti kodoltehnoloģijā, kā pārklājums raķešu dzinēju sprauslām u.c.

Dimants ir kristālisks ogleklis. Ogleklis pastāv vairākās cietās allotropās modifikācijās, t.i. dažādās formās ar dažādām fizikālajām īpašībām. Dimants ir viena no oglekļa modifikācijām un cietākā zināmā viela (cietība 10 pēc Mosa skalas).

Skatīt dokumenta saturu
"Informātikas nodarbības izstrāde"

Informātikas nodarbības izstrāde

Pakāpe: 9

Edukova M.V.

Nodarbības tēma: Pasaule mums apkārt hierarhiskā sistēma.

Nodarbības mērķi:

Izglītojoši – apgūt jēdzienus "sistēma", "hierarhija", apzināties, ka pasaule mums apkārt ir hierarhiska sistēma, kurā visi elementi ir savstarpēji saistīti.

Izglītojoši - veidot komunikācijas prasmes, spēju strādāt grupā, sadarbību.

Attīstīt – veidot spēju veidot cēloņu un seku attiecības, argumentēt savu viedokli.

Nodarbības aprīkojums:

Dators, projektors

Interaktīvā tāfele.

Kartes ar tekstiem analīzei.

Attēlu slaidi.

Video "No lielā sprādziena līdz mūsdienām 90 sekundēs."

Nodarbībā izmantotās tehnikas:

1. "Biezi" un "plāni" jautājumi.

2. Kritiskā domāšana- metode "Ievietot".

3. Problēmu meklēšanas metode.

4. Sincwine.

Starpnozaru sakari: astronomija, ķīmija, sociālās zinātnes.

Nodarbības struktūra:

Laika organizēšana.

mērķu izvirzīšana. Uz ekrāna tiek atskaņota filma “Pasaules radīšanas vēsture 90 sekundēs” (pielikums Nr. 1). Jautājums: Par ko mēs šodien runāsim? Kāda ir nodarbības tēma? (par evolūciju, par pasauli, par Visuma attīstību). Ko jūs vēlētos iemācīties klasē? Kādas interesantas, jaunas lietas vēlaties šodien paņemt līdzi?

Zināšanu aktualizācija, UUD nodarbības sākumā.

Uz interaktīvās koncepcijas tāfeles (2. pielikums):

Darbs pāros: katram skolēnam ir jāizveido 3 teikumi, izmantojot kādu no šiem vārdiem, kas jānolasa kaimiņam uz galda.

Frontālais darbs: velkot uz interaktīvās tāfeles, sarindojiet visus šos vārdus diagrammā.

Jautājumi: Kāpēc jūs izveidojāt ķēdi šādā veidā? Kam, jūsuprāt, vajadzētu būt diagrammas augšpusē, apakšā?

Diskusija, elementu pārkārtošana.

Teorētiskā mācību materiāla primārā uztvere.

Uzrakstiet definīciju:

Hierarhija - zemāko saišu pakārtotības secība augstākajām saitēm, to organizēšana tādā struktūrā kā "koka» .

Sadaliet studentus grupās. Pavasarī dzimušie - 1. grupa, vasarā - 2., rudenī - 3., ziemā - 4. grupa.

Uzdevumi grupām:

Sniedziet iesniegšanas piemērus:

2. štatā

   savvaļas dzīvniekiem

5. Zināšanu atjaunināšana:

Attēla slaids (2.pielikums): automašīnas dzinējs, saules sistēma, cilvēka asinsrites sistēma, vienādojumu sistēma.

Atbildiet uz jautājumiem: Kas kopīgs attēliem? (sastāv no elementiem), Kā sauc objektus, kas sastāv no citiem objektiem? (sistēmas) Kas notiek, ja no sistēmas tiek noņemts vismaz 1 elements? (nefunkcionēs).

Secinājums: sistēmā visi elementi ir savstarpēji saistīti.

Uzņemšanas "ieliktnis".

Bērniem tiek dots teksts (3.pielikums). Lasot tekstu, ir nepieciešams veikt piezīmes malās un pēc teksta izlasīšanas aizpildīt tabulu, kur ikonas kļūs par tabulas kolonnu virsrakstiem: “V” - jau zināju; "+" - jauns; "-" - domāja savādāk; "?" – Es nesaprotu, ir jautājumi.

Teksta diskusija. Vai grafīta, grafēna un dimanta sistēmas? (Jā, jo kristāla režģi sastāv no daudziem elementiem.) Sastāvdaļas elementi ir vienādi (oglekļa atomi), kāpēc vielas atšķiras? (režģī izkārtots dažādi, grafīts slāņots, grafēns no viena slāņa).

Secinājums: vienu un to pašu elementu sistēmas var būt dažādas.

Slaidā ir visu klases skolēnu vārdi.

Starp jums ir oficiālas (biznesa) un neformālas (draudzīgas) saites.

Ar formālu mācīšanos saistīta komunikācija savieno jūs visus vienā klases komandā, savukārt neformālās grupas veidojas spontāni, apvienojot cilvēkus atbilstoši interesēm un kopīgām personības iezīmēm.

Zīmēt ar bultiņām uz interaktīvās tāfeles (2.pielikums) neformāls savienojumi starp jums. (bērni iziet ārā, atrod viņu vārdu, grafikā ar vienpusējām vai divpusējām bultiņām parāda savienojumus ar draugiem)

Secinājums: elementi sistēmās var būt saistīti dažādos veidos.

Formulēsim sistēmu īpašības.

integritāte

attiecības starp elementiem

saikne ar vidi

organizācija utt.

Paskaties apkārt, ko tu redzi apkārt? (cilvēki, mēbeles, koki aiz loga). Ko jūs nevarat redzēt, bet kas ir jums apkārt? (mikroorganismi, atomi, molekulas, planēta Zeme, citas planētas, galaktikas). Tātad mēs atrodamies dažādās pasaulēs?

Pasaule, kas sastāv no priekšmetiem, kuru izmērs ir salīdzināms ar cilvēku, ir - makropasaule. Megapasaule- sastāv no milzīgiem, salīdzinot ar cilvēku, objektiem - planētām, zvaigznēm, galaktikām. Mazākie acij neredzamie organismi, vīrusi, vielu molekulas - tas ir mikrokosmoss.

Problēmjautājumi:

kā nosvērt molekulu (1 iespēja)

kā nosvērt planētu? (2. iespēja)

Tiek pieņemti visnegaidītākie un nestandarta lēmumi.

6. Atspulgs.

Izveidojiet sinhronizāciju vārdam "sistēma"

(piemēram:

vesels, organizēts

funkcionēšana, sabrukšana, mijiedarbība

Mūsu pasaule ir hierarhiska sistēma.

Mikro, makro un mega pasaule. Mēs dzīvojam makrokosmosā, t.i. pasaulē, kas sastāv no priekšmetiem, kuru izmērs ir salīdzināms ar cilvēku. Parasti makroobjektus iedala nedzīvos (akmens, ledus gabals, baļķis u.c.), dzīvos (augi, dzīvnieki, pats cilvēks) un mākslīgos (ēkas, transporta līdzekļi, darbgaldi un mehānismi, datori u.c.).

Makroobjekti sastāv no molekulām un atomiem, kas savukārt sastāv no elementārdaļiņām, kuru izmēri ir ārkārtīgi mazi. Šo pasauli sauc par mikropasauli.

Mēs dzīvojam uz planētas Zeme, kas ir daļa no Saules sistēmas, Saule kopā ar simtiem miljonu citu zvaigžņu veido mūsu Piena Ceļa galaktiku, un miljardiem galaktiku veido Visumu. Visi šie objekti ir milzīgi lieli un veido mega pasauli.

Visa mega-, makro- un mikropasaules objektu dažādība sastāv no matērijas, savukārt visi materiālie objekti mijiedarbojas viens ar otru un tāpēc tiem ir enerģija. Virs zemes virsmas paceltam ķermenim ir mehāniskā enerģija, uzkarsētā tējkannā ir siltumenerģija, lādētam vadītājam ir elektriskā enerģija, bet atomu kodoliem ir atomenerģija.

Apkārtējo pasauli var attēlot kā hierarhisku objektu sēriju: elementārdaļiņas, atomi, molekulas, makroķermeņi, zvaigznes un galaktikas. Tajā pašā laikā molekulu un makroķermeņu līmeņos šajā hierarhiskajā virknē veidojas atzars - vēl viena sērija, kas saistīta ar dzīvo dabu.

Savvaļas dzīvniekiem pastāv arī hierarhija: vienšūnas - augi un dzīvnieki - dzīvnieku populācijas.

Dzīvības evolūcijas virsotne uz Zemes ir cilvēks, kurš nevar dzīvot ārpus sabiedrības.

Katrs cilvēks individuāli un sabiedrība kopumā pēta apkārtējo pasauli un uzkrāj zināšanas, uz kuru pamata tiek radīti mākslīgie objekti.

Rīsi. 12.1.

Sistēmas un elementi. Katrs objekts sastāv no citiem objektiem, t.i. ir sistēma. No otras puses, katrs objekts var tikt iekļauts kā elements augstāka strukturālā līmeņa sistēmā. Tas, vai objekts ir sistēma vai sistēmas elements, ir atkarīgs no skatījuma (pētījuma mērķiem).

Sistēma sastāv no objektiem, kurus sauc par sistēmas elementiem.

Piemēram, ūdeņraža atomu var uzskatīt par sistēmu, jo tas sastāv no pozitīvi lādēta protona un negatīvi lādēta elektrona.

Savukārt ūdeņraža atoms nonāk ūdens molekulā, t.i. ir augstāka strukturālā līmeņa sistēmas elements.

Rīsi. 12.2.

Sistēmas integritāte. Nepieciešams nosacījums sistēmas pastāvēšanai ir tās holistiskā funkcionēšana. Sistēma nav atsevišķu objektu kopums, bet gan savstarpēji saistītu elementu kopums.

Elementu savstarpējai savienošanai sistēmās var būt atšķirīgs raksturs. Nedzīvajā dabā elementu savstarpējā savienošana tiek veikta ar fiziskas mijiedarbības palīdzību:

• ? mega pasaules sistēmās (piemēram, Saules sistēmā) elementi savstarpēji mijiedarbojas ar universālās gravitācijas spēkiem;
• ? makroķermeņi starp atomiem notiek elektromagnētiskā mijiedarbība;
• ? atomi elementārdaļiņas ir savienotas ar kodolu un elektromagnētisko mijiedarbību.

Savvaļas dzīvniekiem organismu integritāti nodrošina ķīmiskā mijiedarbība starp šūnām, sabiedrībā - sociālās saites un attiecības starp cilvēkiem, tehnoloģijās - funkcionālie savienojumi starp ierīcēm utt.

Piemēram, ja jūs saliekat kopā virkni ierīču, kas ir daļa no datora (monitors, korpuss, mātesplate, procesors, RAM moduļi, cietais disks, tastatūra un pele), tad tās neveido sistēmu. Dators, t.i. holistiski funkcionējoša sistēma veidojas tikai pēc tam, kad ierīces ir fiziski savienotas viena ar otru, tiek ieslēgta strāva un tiek ielādēta operētājsistēma.

Ja no sistēmas tiek noņemts vismaz viens elements, tas var pārstāt darboties. Tātad, ja noņemsiet kādu no datora ierīcēm (piemēram, procesoru), dators atteiksies, t.i. pārstāj pastāvēt kā sistēma.

Rīsi. 12.3.

Sistēmas īpašības. Katrai sistēmai ir noteiktas īpašības, kas, pirmkārt, ir atkarīgas no to veidojošo elementu kopas. Tādējādi ķīmisko elementu īpašības ir atkarīgas no to atomu struktūras.

Ūdeņraža atoms sastāv no divām elementārdaļiņām (protona un elektrona), un atbilstošais ķīmiskais elements ir gāze.

Litija atomu veido trīs protoni, četri neitroni un trīs elektroni, un atbilstošais ķīmiskais elements ir sārmu metāls.

Rīsi. 12.4.

Sistēmas īpašības ir atkarīgas arī no sistēmas uzbūves, t.i. par attiecību un savienojumu veidu starp sistēmas elementiem. Ja sistēmas sastāv no vieniem un tiem pašiem elementiem, bet tām ir dažādas struktūras, tad to īpašības var būtiski atšķirties. Piemēram, dimanta, grafīta un oglekļa nanocaurules sastāv no vieniem un tiem pašiem atomiem (oglekļa atomi), taču būtiski atšķiras atomu saišu veids (kristālu režģi).

Dimanta kristāliskajā režģī mijiedarbība starp atomiem ir ļoti spēcīga visos virzienos, tāpēc tā ir cietākā viela uz planētas un pastāv kristālu veidā.

Grafīta kristāla režģī atomi ir izkārtoti slāņos, starp kuriem mijiedarbība ir vāja, tāpēc tas viegli sadrūp un tiek izmantots zīmuļu vados.

Oglekļa nanocaurule ir grafīta kristāla režģa plakne, kas velmēta cilindrā. Nanocaurules ir ļoti stieptas (lai gan to sieniņu biezums ir viens oglekļa atoms). No nanocaurulēm izgatavots pavediens, kura biezums ir cilvēka mati, var izturēt simtiem kilogramu smagu slodzi. Nanocauruļu elektriskās īpašības var mainīties, padarot tās par vienu no galvenajiem nanoelektronikas materiāliem.

Rīsi. 12.5.

Kontroles jautājumi un uzdevumi

• 1. Sniedziet sistēmu piemērus pasaulē.
• 2. Vai ierīces, kas veido datoru, veido sistēmu: pirms montāžas? Pēc montāžas? Pēc datora ieslēgšanas?
• 3. No kā ir atkarīgas sistēmas īpašības? Sniedziet piemērus sistēmām, kas sastāv no vieniem un tiem pašiem elementiem, bet ar dažādām īpašībām.