Η συστημική σκέψη στη Βιολογία. Αδυναμίες και προκλήσεις

συντάκτης Παναγιώτης Στασινάκης · 19 Αυγούστου 2013

Σχετικά πρόσφατα, πριν από 10 (δέκα) χρόνια, ξεκίνησε μία προσπάθεια μελέτης της εισαγωγής της θεωρίας των συστημάτων στη διδασκαλία της βιολογίας. Η έρευνα των Boersma, Waarlo & Klaassen με τίτλο “The feasibility of systems thinking in biology education” είναι μία μετανάλυση διαφόρων εργασιών και δημοσιεύεται στην επιστημονική επιθεώρηση Journal of Biological Education (2011, 45:4, 190-197) (μπορείτε να αποκτήσετε δωρεάν τη δημοσίευση σε μορφή αρχείου .pdf από εδώ).

Οι ερευνητές διαπιστώνουν πλήθος προσεγγίσεων σχετικά με πώς ορίζεται η συστημική σκέψη (οι οποίες συχνά διαφοροποιούνται όχι μόνο ανάλογα με το αντικείμενο μελέτης αλλά ακόμα και με τα διαφορετικά εκπαιδευτικά συστήματα). Έτσι, συνέταξαν έναν πίνακα για το πώς οι ίδιοι αντιλαμβάνονται τη συστημική σκέψη στα βιολογικά συστήματα, στηριζόμενοι σε σχετική βιβλιογραφία και λαμβάνοντας υπόψη τους τις τρεις μεγάλες αλλαγές στη θεωρία συστημάτων (Von Bertalanffy – 1968, Wienerv- 1948 & Ashby-1956, Prigogine and Stengers – 1984 & Thelen and Smith-1994). Τα χαρακτηριστικά αυτά φαίνονται στον παρακάτω πίνακα (Πίνακας 1), όπου με έντονη γραφή οι ερευνητές εντοπίζουν τις έννοιες – δείκτες προκειμένου να κάνουν τη μετανάλυσή τους.

Πίνακας 1. Θεωρητικά χαρακτηριστικά συστημάτων, σύμφωνα με τις διαφορετικές θεωρίες συστημάτων. Για καθένα από τα γενικά χαρακτηριστικά παρουσιάζονται και παραδείγματα από τη βιολογία συστημάτων.

Θεωρίες Συστημάτων	Θεωρητικά χαρακτηριστικά συστημάτων (Systems theoretical characteristics)
Γενική θεωρία συστημάτων (General Systems Theory)	Τα συστήματα έχουν μία οντότητα που τους επιτρέπει να αναγνωρίζονται ως αντικείμενα. Δεν έχουν όλα τα βιολογικά συστήματα διακριτά όρια. Γενικά, τα κύτταρα και οι οργανισμοί διαθέτουν ένα διακριτό όριο του συστήματος, οι πληθυσμοί και τα οικοσυστήματα γενικώς δεν έχουν. Τα συστήματα αποτελούνται από συστατικά ή από επιμέρους συστήματα των ιδίων ή διαφορετικών κατηγοριών, πράγμα που σημαίνει πως ένα σύστημα όχι μόνο διαθέτει τη δική του οντότητα αλλά επιπλέον είναι και συστατικό-σύστημα σε υψηλότερου επιπέδου σύστημα. Τα συστατικά των βιολογικών συστημάτων είναι επιμέρους συστήματα ενός συστήματος ανώτερου επιπέδου. Τα επίπεδα σύμφωνα με τα οποία μπορούν να κατηγοριοποιηθούν τα βιολογικά συστήματα, εμφανίζονται ως επίπεδα οργάνωσης της ζωής (π.χ. το κυτταρικό και επίπεδο του οικοσυστήματος). Τα συστατικά του συστήματος (επιμέρους συστήματα) επιτελούν λειτουργίες μέσα στο σύστημα. Στα βιολογικά συστήματα, όπως τα όργανα των οργανισμών, επιτελούν μία συγκεκριμένη λειτουργία. Τα συστατικά των συστημάτων (ή τα επιμέρους συστήματα) αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Στα βιολογικά συστήματα τα επιμέρους συστήματα αλληλεπιδρούν (π.χ. η αλληλεπίδραση μεταξύ θηράματος και θηρευτή). Μπορεί να γίνει διάκριση ανάμεσα στα ανοιχτά και τα κλειστά συστήματα. Τα ανοιχτά συστήματα ανταλλάσουν ύλη, ενέργεια και/ή πληροφορία με το περιβάλλον, ενώ τα κλειστά συστήματα όχι. Τα βιολογικά συστήματα είναι ανοικτά συστήματα και διαθέτουν διόδους εισόδου/μεταβίβασης/εξόδου/ ύλης, ενέργειας και πληροφορίας. Οι ροές ενέργειας και οι κύκλοι της ύλης, είναι χαρακτηριστικά παραδείγματα
Κυβερνητική (Cybernetics)	Τα συστήματα είναι αυτορυθμιζόμενες οντότητες, πράγμα που σημαίνει πως μηχανισμοί ανάδρασης επιδρούν στις ιδιότητες των συστημάτων προκαλώντας μείωση υπερβολικά μεγάλων τιμών και επαναφέροντάς τα στις πραγματικές τιμές (προκαθορισμένες τιμές) ή στις μέσες τιμές. Στα βιολογικά συστήματα πολλές τιμές ιδιοτήτων βρίσκονται σε ισοζύγιο και ισορροπία, μεταβαλλόμενες γύρω από κάποια μέση τιμή (π.χ. το μέσο μέγεθος του πληθυσμού). Στο επίπεδο του κυττάρου και του οργανισμού, αυτή η διαδικασία ονομάζεται ομοιόσταση.
Θεωρίες δυναμικών συστημάτων (Dynamic system theories)	Ένα ανοικτό σύστημα μπορεί να είναι ένα αυτοοργανούμενο σύστημα, το οποίο σημαίνει πως κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του αναδυόμενες ιδιότητες προκύπτουν από αλληλεπιδράσεις μεταξύ των συστατικών (ή των επιμέρους συστημάτων). Τα βιολογικά συστήματα είναι αυτοοργανούμενα συστήματα, εκδηλώνοντας το φαινόμενο της αναπαραγωγής σε διάφορα επίπεδα οργάνωσης της ζωής και έχουν προκύψει μέσω της εξελικτικής ροής. Κατά τη διάρκεια του κύκλου ζωής του ένα ανοικτό σύστημα βρίσκεται σε ισορροπία για μία ή περισσότερες επιλεγμένες περιόδους του χρόνου. Από μία τέτοια πρόσκαιρη ισορροπία το σύστημα μεταπίπτει σε μία χαοτική φάση, στην οποία περιορίζεται αισθητά η ικανότητα να προβλέψει τις μελλοντικές του καταστάσεις. Από μία χαοτική φάση το σύστημα ίσως κατορθώσει να μεταβεί σε μία από τις πολλές και διαφορετικές νέες καταστάσεις ισορροπίας. Τα βιολογικά συστήματα εμφανίζουν ισορροπία για επιλεγμένες περιόδους του χρόνου [π.χ. μία λίμνη με ή χωρίς λιμναίο φυτό (λέμνα – duck weed)].

Καθώς οι ερευνητές αναλύουν τις διαφορετικές εργασίες, διαπιστώνουν αδυναμίες τόσο στους ορισμούς όσο και στην παρουσία των επιμέρους χαρακτηριστικών. Ακόμα και οι επιλογές των προς μελέτη αντικειμένων (παραδειγμάτων) εμφανίζουν αδυναμίες, ενώ καταλήγουν πως για να μπορεί να ελεγχθεί η ικανότητα των μαθητών να σκέφτονται συστημικά, θα πρέπει να επιλέγονται αντικείμενα με διακριτά όρια του συστήματός τους. Έτσι η πρόθεση να διδαχθεί η συστημική σκέψη στη πρωτοβάθμια και την κατώτερη δευτεροβάθμια εκπαίδευση εμφανίζει αδυναμίες, καθώς οι μελέτες δεν κατορθώνουν να αναλύσουν την συστημική σκέψη των μαθητών, δηλαδή την ικανότητα να εκτελούν παλινδρομικές σκέψεις μεταξύ συγκεκριμένων αντικειμένων και μοντέλων συστημάτων. Αν και οι μαθητές διαθέτουν ένα βασικό εννοιολογικό πλαίσιο που συνιστά τη συστημική σκέψη, όπως η αιτιότητα, η σχέση δομής-λειτουργίας και η σχέση του μέρους με το όλο. Τέτοιες νοητικές δομές διαπιστώνονται από τη μικρή ηλικία των παιδιών και με κατάλληλες παρεμβάσεις θα μπορούσαν να αποτελέσουν το υπόβαθρο για την ανάπτυξη της συστημικής βιολογικής σκέψης.

Εν κατακλείδι διαπιστώνεται πως υπάρχει πρόσφορο έδαφος για διδασκαλία και μάθηση της συστημικής σκέψης με τη χρήση πλήθους βιολογικών αντικειμένων. Για καθένα από αυτά, όπως και για τις κατηγορίες στις οποίες ανήκουν, θα πρέπει να περιγράφονται πλήρως τα χαρακτηριστικά τους. Έτσι καθώς περιγράφονται οι ομοιότητες και οι διαφορές, θα ήταν χρήσιμο να παρουσιαστούν οι ομοιότητες στα πλαίσια ενός μοντέλου της ανώτερης κατηγορίας στην οποία ανήκει το αντικείμενο. Λαμβάνοντας υπόψη τις πρότερες γνώσεις των μαθητών καθώς και την εμπειρία τους από την καθημερινότητα, τέτοιες προσεγγίσεις θα πρέπει να ξεκινάνε από το επίπεδο του οργανισμού. Στη συνέχεια να κατέρχονται στο επίπεδο του οργάνου και του κυττάρου και μετά να ανέρχονται στο επίπεδο του πληθυσμού και της κοινότητας. Με τον τρόπο αυτό οι μαθητές θα διαπιστώνουν πως τα ίδια χαρακτηριστικά μπορούν να εντοπιστούν σε αντικείμενα διαφορετικών επιπέδων οργάνωσης. Έτσι ο εκπαιδευτικός θα βρει αφορμή να παρουσιάσει ένα γενικό μοντέλο συστημάτων, συσχετίζοντας τα θεωρητικά χαρακτηριστικά συστημάτων που εμφανίζονται στα αντικείμενα όλων των επιπέδων οργάνωσης.

Επιπλέον δείτε μία μετάφραση που έχω κάνει για το περιοδικό ScienceinSchool με τίτλο “Συστημική βιολογία στη σχολική τάξη;” καθώς και μία πρόταση της Ευαγγελίας Αγγελίδου για τη διδασκαλία της Βιολογίας συστημάτων που είχα εντοπίσει παλαιότερα στο περιοδικό “Μέντορας” (2005, 8:93-112) του Παιδαγωγικού Ινστιτούτο με τίτλο “Ένα σενάριο διδακτικής παρέμβασης με αντικείμενο την έννοια των βιολογικών συστημάτων“.