¿Dónde puedo encontrar una teoría más completa de las estructuras disipativas?
La estructura disipativa se refiere a una nueva estructura ordenada formada por la autoorganización de un sistema complejo lejos del equilibrio bajo el mantenimiento de energía externa o flujo de materiales. La palabra "disipación" proviene del latín y su significado original es disipación. Aquí enfatiza las características del intercambio de energía y material con el mundo exterior.
Por ejemplo, cuando la diferencia de temperatura entre las superficies superior e inferior del líquido supera un cierto umbral, aparece una red de convección regular en el líquido, correspondiente a un alto grado de organización molecular. Esto se llama imagen de flujo de Beenaert, que es una estructura disipativa en un líquido. Otro ejemplo es la reacción de Belosov-Zabotinsky en reacciones químicas, en las que las concentraciones de ciertos reactivos cambian periódicamente con el tiempo y el espacio. Esta oscilación química y el espacio se parecen a estructuras disipativas en reacciones químicas.
La estructura disipativa es un concepto propuesto por Prigogin, un famoso físico estadístico de la Escuela de Bruselas en Bélgica, en la Conferencia Internacional de Física Teórica y Biología de 1969. Este es el resultado de más de 20 años de investigación sobre termodinámica de no equilibrio y física estadística de no equilibrio por parte de la Escuela Prigogine.
En 1971, Prigogine y otros escribieron el libro "Teoría de la estructura, estabilidad y termodinámica de fluctuación", que elaboraba la teoría termodinámica de las estructuras disipativas y la aplicaba a la mecánica de fluidos. La química y la biología llamaron la atención.
1971 ~ 1977 La investigación sobre la teoría de la estructura disipativa se ha desarrollado aún más. Incluyendo el uso de matemáticas no lineales para discutir la bifurcación, explicando la relación entre fluctuaciones y estructuras disipativas desde la perspectiva de procesos estocásticos y la aplicación de estructuras disipativas en química y biología. El libro "Autoorganización en sistemas sin equilibrio" escrito por Prigogine et al. en 65438-0977 es un resumen de estos logros.
Después de eso, la investigación sobre la teoría de la estructura disipativa ha logrado nuevos avances, principalmente utilizando métodos estadísticos de no equilibrio para examinar el proceso y mecanismo de formación de la estructura disipativa, discutiendo las características y leyes de los sistemas no lineales y la disipación. La aplicación de la teoría de la estructura difusa en sistemas sociales y económicos.
La teoría de la estructura disipativa toma la autoorganización de sistemas complejos como una nueva dirección de investigación. Respecto a la autoorganización de sistemas complejos, se encuentra que a medida que el objeto en estudio evoluciona, el aumento de orden se vuelve complejo y se producirán diversas mutaciones. En vista de la irreversibilidad de la dirección del tiempo en el proceso de evolución, este artículo utiliza los métodos de la termodinámica y la física estadística, y utiliza la teoría de la estructura disipativa para estudiar sistemas complejos generales, y propone que los estados de no equilibrio son el origen del orden, y partiendo de esto como punto de partida básico, en las teorías deterministas y correspondientes se han establecido en términos de aleatoriedad.
En la teoría determinista, tomando como ejemplo el sistema de reacción química, la teoría de la estructura disipativa examina sistemas abiertos complejos bajo los cuatro supuestos de condiciones de contorno isotérmicas, isobáricas, estables y de equilibrio local según las estadísticas obedecidas. por el sistema Las leyes de la mecánica establecen las ecuaciones correspondientes.
La teoría de la estabilidad de las ecuaciones diferenciales ha demostrado que es imposible que un sistema abierto complejo forme una nueva estructura ordenada en la región de no equilibrio cerca del estado de equilibrio. La característica básica del sistema en esta región. es que tiende al estado de equilibrio. En la región de no equilibrio alejada del estado de equilibrio, el sistema puede formar una nueva estructura ordenada, es decir, una estructura disipativa. Esta estructura disipativa sólo puede mantenerse mediante un flujo continuo de energía o materia. Es un nuevo tipo de organización en inestabilidad termodinámica, con propiedades coherentes en el tiempo y el espacio. Ésta es una estructura completamente diferente de la estructura de equilibrio en condiciones de equilibrio.
En términos de teoría de la aleatoriedad, la teoría de la estructura disipativa utiliza la teoría de la probabilidad y la teoría de procesos aleatorios en matemáticas para analizar sistemas complejos y examinar las fluctuaciones en el sistema. Se cree que el mecanismo de formación de una estructura disipativa se debe a la amplificación de las fluctuaciones en el sistema. Cuando el sistema cae por debajo de cierto umbral, los efectos causados por las fluctuaciones se debilitan y desaparecen debido al promedio, por lo que no se puede formar una nueva estructura ordenada. Sólo después de alcanzar un umbral, las fluctuaciones se amplifican para producir efectos macroscópicos, lo que resulta en el surgimiento de nuevas estructuras ordenadas. Esto corresponde esencialmente a una fluctuación a nivel macro que se estabiliza mediante el intercambio de energía o materia con el mundo exterior.
La teoría de las estructuras disipativas explica con éxito el fenómeno natural de las estructuras disipativas en sistemas complejos cuando están lejos del equilibrio, y ha sido ampliamente utilizada. Se han logrado muchos resultados significativos al explicar y analizar estructuras disipativas en sistemas complejos como fluidos, láseres, circuitos electrónicos, reacciones químicas y organismos vivos, y se están estudiando algunos fenómenos nuevos utilizando la teoría de estructuras disipativas. Como procesos de reacción nuclear, distribución de la población en los ecosistemas, protección del medio ambiente, transporte y desarrollo urbano, etc. , todos pueden estudiarse como sistemas complejos lejos del equilibrio. También se han logrado algunos avances en este sentido.
El estudio de las estructuras disipativas revela un importante fenómeno natural y propone una nueva dirección para el estudio de sistemas complejos. En matemáticas, las ecuaciones que describen sistemas complejos suelen ser no lineales y suelen incluir fenómenos de bifurcación. La estructura disipativa corresponde esencialmente a una solución bifurcada de la ecuación del sistema lejos de la región de equilibrio. Por tanto, el estudio de estructuras disipativas promoverá inevitablemente el desarrollo de la teoría de la bifurcación.
La aparición de estructuras disipativas es un fenómeno de mutación. Estudiar este fenómeno ayudará a enriquecer el contenido de la teoría de la mutación. En teoría estocástica, el estudio de estructuras disipativas promueve la investigación y el desarrollo de la teoría de procesos estocásticos, la teoría de ecuaciones diferenciales estocásticas y la teoría de ecuaciones diferenciales parciales estocásticas.
En física, el concepto de estructuras disipativas amplía y profundiza el concepto de orden en física. El estudio de varias estructuras disipativas en diferentes sistemas físicos ha enriquecido el contenido de la investigación de las transiciones de fase en termodinámica y física estadística, abrió nuevos campos de investigación y proporcionó nuevos conceptos y métodos para el estudio de estos problemas no lineales de desequilibrio en física.
En química y biología, el estudio de las estructuras disipativas en sistemas de reacción química y sistemas biológicos proporciona nuevas explicaciones, nuevos conceptos y nuevos métodos para el crecimiento, desarrollo y evolución biológica de la vida. En la ciencia de sistemas, la teoría de la estructura disipativa utiliza conceptos y métodos de las matemáticas y la física para estudiar la autoorganización de sistemas complejos y se ha convertido en una parte importante de la ciencia de sistemas.
Teoría y medicina de las estructuras disipativas
1 El cuerpo humano puede formar y mantener estructuras disipativas.
Estructura disipativa es un nuevo concepto propuesto por Prigogine al estudiar cómo explicar el proceso de evolución del propio sistema vivo sin violar la segunda ley de la termodinámica. ¿Qué es una estructura disipativa? En términos sencillos, es un sistema abierto que está lejos del equilibrio y contiene múltiples componentes y niveles. Cuando las condiciones externas cambian hasta un cierto umbral, los cambios cuantitativos pueden provocar cambios cualitativos después de ser provocados por "fluctuaciones" al intercambiar continuamente materia y energía con el mundo exterior, el sistema genera un flujo de entropía negativo durante el proceso de disipación y puede cambiar de. su estado desordenado original a lo largo del tiempo, espacial o funcionalmente a un estado ordenado. La nueva estructura ordenada formada en este estado de no equilibrio es la estructura disipativa.
El propio Prigogine dio una vez una explicación sencilla y popular de las condiciones para la formación de estructuras disipativas. Escribe: "Las organizaciones biológicas y sociales contienen un nuevo tipo de estructura... Una característica común de las estructuras sociales y biológicas es que surgen en sistemas abiertos, que sólo pueden existir a través del material y la interacción con los medios circundantes. El intercambio de energía puede mantener su vitalidad. Sin embargo, un sistema abierto por sí solo no tiene condiciones suficientes para asegurar la realización de esta estructura. Sólo cuando el sistema está "lejos del equilibrio" y existen mecanismos "no lineales" entre los diferentes elementos del sistema. ¿Se puede realizar la estructura disipativa? Obviamente, los humanos tienen atributos tanto biológicos como sociales. Los procesos de vida humanos participan en movimientos tanto biológicos como sociales, y tienen las condiciones para formar una estructura disipativa.
En primer lugar, la esencia de la vida reside en el movimiento. El cuerpo humano es un sistema alejado del equilibrio y necesita mantener un equilibrio dinámico para existir. El equilibrio significa el fin de la vida. La excitación y la inhibición, la contracción y la relajación se equilibran y el corazón se detiene. La presión arterial arteriovenosa está equilibrada, la presión de filtración capilar efectiva es igual a cero y no hay intercambio de material. Las concentraciones de Na+ y K+ en los líquidos intra y extracelulares están desequilibradas. La concentración de K+ dentro de la membrana de la célula nerviosa es 30 veces mayor que fuera de la membrana, y la concentración de Na+ fuera de la membrana es 12 veces mayor que dentro de la membrana. Este desequilibrio en la concentración de iones es necesario para que las células se exciten y funcionen. Si las concentraciones de iones se equilibran, la bioelectricidad desaparece y se pierde la función celular. En segundo lugar, el cuerpo humano es un sistema abierto complejo con múltiples subsistemas y capas. Desde una perspectiva horizontal, incluye subsistemas como huesos, músculos, nervios, sistema digestivo, respiratorio y genitourinario. La dirección vertical incluye grupos, individuos, órganos, tejidos, células, subcélulas, moléculas, niveles cuánticos y otros. Además, existe un sistema inmunológico autónomo relacionado con los requisitos anteriores, y así sucesivamente. Además, existen conexiones e interacciones complejas entre subsistemas y niveles. Las personas no sólo necesitan comer, beber e inhalar, sino también tirar, retirar y exhalar, por lo que es un sistema abierto. Una vez que el cuerpo se apaga, causará enfermedades e incluso la muerte. Esto es lo que dice la medicina china: "Si no funciona, duele". En tercer lugar, existen mecanismos no lineales entre los elementos del cuerpo humano. La llamada no linealidad se refiere al proceso complejo que hace que el sistema esté en un estado de no equilibrio. No es principalmente la evolución gradual del tipo de difusión, sino el tipo de reacción química lo que produce la mutación (o cambio cualitativo). En el proceso de transformación fisiológica y patológica del cuerpo humano existen una gran cantidad de situaciones que rompen la continuidad mediante fluctuaciones explosivas.
Incluso en las células más simples, el metabolismo normal provoca innumerables reacciones químicas acopladas. El metabolismo también requiere enzimas específicas. Por tanto, el cuerpo humano normal es inseparable de los mecanismos no lineales. Finalmente, existe una gran cantidad de ritmos temporales y comportamientos periódicos en los fenómenos de la vida humana. Por tanto, el cuerpo humano puede formar y mantener estructuras disipativas.
La vida se manifiesta no sólo en su mortalidad, pasando del orden al desorden, sino también en su esfuerzo por evitar un rápido descenso al equilibrio inerte. Por lo tanto, en cierto sentido, el cuerpo humano está siempre en proceso de transformación ordenada. En los procesos fisiológicos normales, el metabolismo se utiliza para descomponer células o sustancias viejas, redundantes o nocivas en el cuerpo, eliminar componentes de tejido envejecidos, moribundos o dañados, liberar la energía que contienen y destruir continuamente la estructura ordenada del cuerpo. Se puede decir que es la entropía positiva producida por el propio cuerpo humano. Debido a la existencia de entropía positiva, el cuerpo tiende a pasar del orden al desorden. Pero al mismo tiempo, el cuerpo absorbe materia y energía del exterior a través del anabolismo, introduce entropía negativa, construye los componentes tisulares necesarios para su propia estructura, reemplaza los componentes tisulares desensamblados y produce un nuevo estado ordenado de nivel superior, por lo que Ese trastorno tiende a ordenar, permitiendo así al cuerpo mantener las actividades de la vida normal. Esta relativa estabilidad y orden de los organismos se logra a través de sus propios mecanismos reguladores. Una vez que el mecanismo regulador se altera debido a factores patógenos, se bloquea el intercambio de materia, energía e información entre el cuerpo y el mundo exterior, la entropía positiva en el sistema aumenta, el orden se destruye y se acumula hasta un cierto umbral. que cambiará del orden al desorden después de ser desencadenado por fluctuaciones. Esto es patológico. En realidad, el tratamiento de la enfermedad consiste en prevenir la entrada de entropía positiva fortaleciendo la entrada de flujo de entropía negativa, empujando al cuerpo fuera del equilibrio y alcanzando un estado ordenado de baja entropía donde la entropía del sistema aumenta a entropía negativa o positiva, eliminando así la enfermedad y recurrir a la salud.
2 Las implicaciones de la teoría de la estructura disipativa para la medicina
La teoría de la estructura disipativa intenta comprender los mecanismos y leyes de la autoorganización, es decir, los mecanismos y condiciones para la transformación mutua de orden y desorden. “La medicina es un sistema de conocimiento científico y actividades prácticas que comprenden, mantienen y mejoran la salud humana, previenen y tratan enfermedades y promueven la recuperación del cuerpo” [2]. Su misión principal es comprender los mecanismos y condiciones que transforman la salud y la enfermedad. Entonces, ambos son consistentes. Los primeros seguramente inspirarán y extraerán lecciones de los segundos.
2.1 La teoría de la estructura disipativa puede revelar profundamente la unidad del cuerpo humano y su unidad con los factores externos, y proporcionar una base teórica para la transformación del modelo médico. Debido a que esta teoría utiliza una visión holística para estudiar los fenómenos de la vida, cree que sólo los sistemas abiertos que pueden intercambiar materia, energía e información con el mundo exterior pueden formar una estructura estable y ordenada. El cuerpo humano es uno de esos sistemas. Sin embargo, el modelo biomédico tradicional ignora la influencia de los factores sociales y psicológicos humanos, y la investigación de los procesos fisiológicos y patológicos es a menudo cerrada o semicerrada, utilizando métodos de investigación aislados y estáticos que están divorciados del desarrollo general. Esto hace que sea incapaz de reflejar y resolver correctamente los problemas de estabilidad, orden y salud humanos como un sistema abierto y, por lo tanto, será inevitablemente reemplazado por nuevos modelos médicos. Por lo tanto, es útil que los trabajadores médicos comprendan la perspectiva de la estructura disipativa para realizar la transformación de la biomedicina en un modelo médico biológico, psicológico y social. En segundo lugar, ayuda a formar y aplicar el pensamiento holístico sistemático y el pensamiento tridimensional integral en el trabajo clínico. Además, la formación y el mantenimiento de un cuerpo humano ordenado y saludable en realidad toma como base principal y material el sistema del cuerpo humano de múltiples componentes y niveles, utiliza la energía intercambiada con el mundo exterior como fuerza motriz, utiliza la información del interior como instrucción, y utiliza fluidos neurohumorales como medio de control, procesos de autoorganización destinados al orden espaciotemporal o funcional. Por lo tanto, la teoría de la estructura disipativa hace que el método científico del sistema sea más completo, y su aplicación para explicar los procesos fisiológicos y patológicos humanos promoverá aún más el desarrollo de la medicina moderna.
2.2 La teoría de la estructura disipativa plantea la visión de que "el desequilibrio es la fuente del orden", corrige el concepto de "equilibrio y orden" y realiza un tratamiento activo para promover la investigación sobre la estabilidad y el orden de la vida. En áreas desequilibradas, es de gran importancia hacer un buen trabajo en la prevención y el control de enfermedades.
El no equilibrio no es ni desequilibrio ni equilibrio, sino un estado alejado del equilibrio ante grandes fluctuaciones. Es un estado estable cerca del punto crítico inestable y no supera el punto crítico. En consecuencia, la inestabilidad incluye dos aspectos. Primero, la inestabilidad porque el equilibrio se desequilibra. Si el valor del pH del líquido extracelular es demasiado alto o demasiado bajo, puede provocar alcalosis o acidosis. La segunda es que el desequilibrio tiende a ser equilibrado e inestable. Por ejemplo, la concentración de potasio en el líquido extracelular aumenta, lo que provoca hiperlipidemia y los perfiles enzimáticos más específicos en varios tejidos convergen de manera diferente, lo que significa la aparición de cáncer. Por tanto, la medicina moderna enfatiza el equilibrio dinámico.
Y muchos de nuestros trabajadores médicos, mientras intentan corregir el desequilibrio en la práctica, a menudo inconscientemente van al otro extremo para buscar el equilibrio. E ignora la importancia del equilibrio dinámico psicológico y social para la salud, lo cual es perjudicial para la práctica. La práctica nos dice que la razón por la que la insuficiencia cardíaca refractaria es difícil de tratar es porque sólo se introduce un flujo de entropía negativo (es decir, varias medidas para tratarlo). mejorar la insuficiencia cardíaca) Incluyendo medicamentos, etc.) no necesariamente estimulan el cuerpo hasta un punto crítico. Para que el cuerpo complete el salto del desorden al orden es necesario alejarlo del equilibrio, es decir, el cuerpo debe tener una vitalidad y resistencia considerables. Sólo cuando la fluctuación alcanza un punto crítico se puede completar un nuevo salto y el cuerpo regresar del desorden al orden. Por lo tanto, debemos prestar atención a que no podemos depender únicamente de factores externos como los medicamentos durante el tratamiento, sino que también debemos mejorar enérgicamente la función general del paciente, incluida la psicoterapia no farmacológica, y eliminar diversas interferencias que afectan la recuperación de las funciones corporales [3]. .
Al mismo tiempo, la teoría de la estructura disipativa promueve que los trabajadores médicos exploren más a fondo la cuestión del mantenimiento de la estabilidad, el orden y la salud de los sistemas de vida en áreas de desequilibrio desde todos los aspectos. Por ejemplo, ¿qué es el estado estacionario? ¿Cuáles son las características antiinterferentes? ¿Dónde está el punto crítico de inestabilidad? ¿Bajo qué condiciones y por qué medios el cuerpo humano se vuelve ordenado y desordenado, y su estado estacionario se vuelve inestable? ¿En qué condiciones y por qué medios se puede restaurar la estabilidad y la salud después de la inestabilidad y la enfermedad? Espera un momento. Sin duda, esto ayudará a mejorar la calidad del trabajo médico y sanitario. Por ejemplo, la investigación de la Escuela de Bruselas sobre la inmunidad tumoral forma parte de la investigación sobre las propiedades antiinterferentes. Esta escuela de pensamiento tiende a desempeñar un papel importante en la inmunidad celular. Los experimentos in vitro han demostrado que las células efectoras pueden combinarse con una o varias células tumorales a la vez y luego descomponerse en células efectoras originales y células tumorales muertas que han perdido la capacidad de replicarse. La Escuela de Bruselas desarrolló modelos matemáticos de crecimiento tumoral. Al resolver este modelo, se dan las condiciones bajo las cuales los tumores crecerán o serán suprimidos, es decir, bajo ciertas condiciones, los tumores más pequeños que el tamaño crítico desaparecerán, mientras que los tumores más grandes que el tamaño crítico crecerán. En otras condiciones, si el tejido normal enterrado en el tumor supera un cierto tamaño crítico, seguirá creciendo y escapará del estado canceroso, mientras que si el tejido normal es demasiado pequeño, será devorado por el tejido tumoral. El comportamiento de oscilación temporal del número de células tumorales dado por este modelo es consistente con las observaciones clínicas" [4]. Este tipo de discusión es de gran valor para la prevención y el tratamiento de tumores clínicos. Otro ejemplo es el problema del punto crítico, que no sólo estudia el punto crítico biológico estable (o físico y químico), y también estudia el punto crítico psicológico y social, así como la diferencia entre adaptación individual y mala adaptación determinada por la relación entre el punto crítico y la edad, el género, especialmente la cantidad y el tiempo. de factores que influyen, lo cual es importante para la teoría y la práctica médica. Significado Además, comprender la perspectiva de que "el desequilibrio es la fuente del orden" también contribuye a la formación del pensamiento dinámico.
2.3 Teoría "no lineal". tiene implicaciones importantes y referencia para diferentes elementos del sistema. Existe un mecanismo no lineal entre ellos, que es una de las condiciones importantes para la formación de estructuras disipativas solo cuando un sistema abierto de múltiples componentes y niveles se encuentra en una región no lineal. lejos del equilibrio puede ser desencadenado por fluctuaciones y cambios desde el desorden a la estabilidad. La estructura espaciotemporal ordenada tiene dos características: una es el punto crítico de mutación y salto, y la otra es la existencia de dos tendencias diferentes: reversible y. Por lo tanto, no se puede ignorar la importancia de dominar la región no lineal para la práctica médica. Cada célula epitelial de la mucosa cervical normal tiene 46 cromosomas. Cuando el número de cromosomas en la célula aumenta o disminuye ligeramente y se produce una anomalía, las células se vuelven normales. células anaplásicas. La etapa metamórfica es la etapa intermedia entre las células normales y las células cancerosas. La etapa, es decir, la zona no lineal, tiene dos tendencias: reversible e irreversible. Si el número de cromosomas vuelve a la normalidad después del tratamiento activo, el "tardío". "fase" desaparece y las células se vuelven normales; si hay varias situaciones adversas, como un tratamiento retrasado o un tratamiento inadecuado, la cantidad de cromosomas disminuirá. Aumento dramático. Si la cantidad de cromosomas por célula aumenta de 60 a 90, se producirá cáncer de Por lo tanto, si reconoce esto, lo controla periódicamente y detecta las células indiferenciadas a tiempo, puede tomar medidas para evitar que las células indiferenciadas se conviertan en cáncer, para prevenir la aparición de lesiones precancerosas uterinas. la prevención es más importante que el tratamiento, esforzarse por captar las áreas no lineales de diversas enfermedades y convertir la patología en esta última línea de defensa.
El papel de la teoría estructural en las fluctuaciones no lineales en la evolución de los sistemas vivos. Es diferente del papel de las fluctuaciones en la transformación mutua de la fisiología y la patología en la práctica médica (la primera es unidireccional y positiva; la segunda es una vía de doble sentido con ventajas y desventajas), pero puede alentar a los trabajadores médicos a tomarla. aprovechar la situación en la práctica, prevenir y reducir los efectos dañinos de las fluctuaciones tanto como sea posible, aprovechar plenamente su papel positivo y prevenir y tratar mejor las enfermedades.
La teoría de la estructura disipativa afirma: "El mantenimiento y el desarrollo de la vida son inseparables de un gran número de reacciones químicas y fenómenos operativos. Está restringido por muchos factores complejos altamente no lineales, como la activación, la inhibición y la autocatálisis directa [5]. Esto dice Para nosotros, aunque el estudio de la etiología debe comenzar desde la biología, la física, la psicología, la sociedad y otros aspectos, la comprensión de la esencia de la enfermedad debe explorarse en todos los niveles, pero como mecanismo lineal de la vida, existe primero en el nivel micro; , y Se expresa principalmente en el nivel micro. Por lo tanto, ya sea que estemos estudiando la transformación de la fisiología a la patología o el cambio cualitativo de la patología a la fisiología, debemos centrarnos en el nivel micro y adherirnos a la orientación del nivel micro. No volver a un énfasis unilateral en los indicadores físicos y químicos. El viejo camino del reduccionismo es avanzar hacia un nuevo enfoque de reducción integral, compatible y dialéctica.
En resumen, la teoría de la estructura disipativa puede proporcionar. Inspiración y referencia para la medicina. Es cierto que su papel no debe exagerarse. Solo combinándolo con otras teorías de los métodos de la ciencia de sistemas (teoría de sistemas, teoría de la información, teoría de la sinergia, teoría del hiperciclo, teoría de la catástrofe, etc.). desempeña el papel que le corresponde.
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La teoría de la estructura disipativa fue propuesta por primera vez por I. Prigogine (1917——) en 1969 y ganó el Premio Nobel de Química en 1977.
Teoría de la estructura disipativa. Fue creada originalmente estudiando procesos de reacción química, pero pronto encontró una amplia aplicación, especialmente en el campo de la enseñanza de las ciencias.
El área de estudio de la teoría de la estructura disipativa. es la complejidad de los sistemas materiales. La relación compleja no lineal entre varios niveles de sistemas materiales. Su objeto de investigación es un sistema autoorganizado abierto sin equilibrio. Este artículo se centra en cómo los sistemas abiertos sin equilibrio utilizan su propia retroalimentación y sinergia coherente no lineal. bajo ciertas condiciones externas, la formación espontánea de una estructura autoorganizada macroscópicamente ordenada en un sistema de desequilibrio, la transición espontánea de un estado a otro nuevo estado ordenado se denomina transición de fase de desequilibrio. Es esencialmente diferente de la estructura ordenada microscópica. como el cristal) formado por el cambio de fase de equilibrio. La estructura ordenada macroscópica es una estructura "viva" dinámica, y la estructura ordenada microscópica es una estructura "muerta" estática.
La teoría de la termodinámica ha llegado a la conclusión de que. no puede haber ningún comportamiento ordenado dinámico macroscópico en condiciones de equilibrio, es decir, es imposible formar una estructura ordenada macroscópica en el sistema cuando el sistema está en un estado abierto, es decir, el sistema puede interactuar continuamente con el entorno externo. Cuando se intercambia materia y energía, el estado invariante en el tiempo mantenido por las condiciones límite no suele ser un estado de equilibrio sino un estado estacionario desequilibrado. En el estado estacionario, el aumento de entropía causado por el proceso irreversible en el sistema es exactamente compensado por el negativo. flujo de entropía a través de la frontera La entropía total del sistema permanece sin cambios La escuela de Bruselas, representada por Prigogine, ha estudiado durante mucho tiempo el comportamiento del sistema en la llamada región de equilibrio no lineal cerca del estado de equilibrio y descubrió que la tasa de producción de entropía. causado por el proceso irreversible en el sistema está en el estado estacionario de la región no lineal. Hay un valor mínimo (es decir, el "principio de entropía mínima"). entropía del estado de equilibrio, que garantiza la estabilidad del sistema. Por lo tanto, es imposible que la región lineal de no equilibrio cercana al estado de equilibrio forme espontáneamente una estructura ordenada macroscópica.
La Escuela de Bruselas también estudió el comportamiento de sistemas alejados del equilibrio. En la llamada región lineal de no equilibrio, ya no existe una función potencial termodinámica generada por la entropía del estado de equilibrio o la entropía de la región lineal, y la estabilidad del estado estacionario de no equilibrio ya no siempre está garantizada. En las condiciones adecuadas, los sistemas pueden volverse inestables, por lo que, en principio, estructuras ordenadas macroscópicamente podrían formarse espontáneamente en sistemas alejados del equilibrio.
La formación y mantenimiento de estructuras ordenadas macroscópicas requieren al menos tres condiciones: 1. El sistema debe estar lejos del equilibrio termodinámico;2. Debe haber algunos procesos dinámicos no lineales en el sistema, como mecanismos de retroalimentación; La amplificación de las fluctuaciones crea enormes fluctuaciones y las sostiene.
Para distinguirla de la estructura ordenada formada en condiciones de equilibrio, Prigogine describió este tipo de estructura formada en condiciones abiertas y alejadas del equilibrio mediante la disipación de energía, un mecanismo dinámico no lineal inherente y factores relacionados. Se denomina estructura ordenada macroscópica formada y mantenida mediante el desencadenamiento y la promoción de fluctuaciones en el proceso de intercambio de materia y energía en el entorno externo.
La aparición de la teoría de la estructura disipativa ha causado enormes repercusiones en todo el mundo. Es ampliamente utilizado en ciencias naturales y ciencias sociales.
El sistema de educación a distancia es un sistema no lineal. Dado que hay una gran cantidad de circuitos de retroalimentación (retroalimentación positiva y retroalimentación negativa) durante el funcionamiento del sistema, estos circuitos de retroalimentación constituyen el sistema de poder del sistema de educación a distancia. Los sistemas de educación a distancia tienen una estructura disipativa.
Debido a que se debe inyectar energía al sistema en cualquier momento y en cualquier lugar durante la operación, una vez que se detengan los esfuerzos de enseñanza, el sistema se paralizará y dejará de funcionar inmediatamente. No sólo eso, sino que todos nuestros esfuerzos en la enseñanza se preservan. Porque sólo de esta manera los estudiantes pueden acumular conocimientos, aumentar sus talentos y cultivar sus talentos.
Inspirándonos en la teoría de la estructura disipativa, también debemos realizar una investigación en profundidad sobre la educación a distancia, mejorar aún más la tecnología de enseñanza de la educación a distancia de acuerdo con métodos científicos y mejorar aún más la eficiencia de la educación a distancia.
Con base en la teoría de la estructura disipativa y la práctica a largo plazo de TVU, se presentan las siguientes sugerencias de enseñanza:
1. estudiantes. Los libros son para que los estudiantes los lean solos. El problema de leer el libro de texto es que "priva" a los estudiantes del derecho a leer de forma independiente y abandona la función del profesor de formar el pensamiento de los estudiantes.
2. Crear conscientemente "grandes fluctuaciones" en la enseñanza, es decir, cada contenido didáctico debe aparecer frente a los estudiantes de una manera lo más diferente posible al material didáctico. Porque las grandes fluctuaciones pueden activar eficazmente el pensamiento ordenado de los estudiantes, promover activa y eficazmente las actividades reflexivas de los estudiantes y promover eficazmente el progreso de los estudiantes en el aprendizaje, dejando el nivel y estado de conocimiento originales y saltando a un nuevo nivel.
3. Proporcionar servicios de apoyo a la docencia. El proceso de aprendizaje debe ser un proceso continuo. Durante este período, la cadena de pensamiento no se interrumpió. En cualquier momento y bajo cualquier circunstancia, mientras se rompa la cadena del pensamiento, debe estar conectada en el tiempo, de lo contrario el aprendizaje no puede continuar. Como la esencia de la enseñanza es topológica, se ajusta a las leyes de la topología. Sin embargo, en el proceso de aprendizaje, es inevitable que se rompan las cadenas de pensamiento de los estudiantes. Es aún más común en la educación superior masiva. Para resolver este problema, sólo podemos confiar en servicios de apoyo a la enseñanza de alta calidad.
Responder con prontitud a las preguntas no es un buen servicio de apoyo a la docencia. Los servicios que brindamos también deben ser fáciles de entender y aceptar para los estudiantes. En otras palabras, los servicios de apoyo a la enseñanza que ofrecemos deben implementar el principio "orientado a las personas" y reflejar un espíritu humanista. Los servicios de apoyo a la enseñanza no sólo deben ser razonables y científicos, sino que también deben ser comprendidos, aceptados y bienvenidos por los estudiantes. Los servicios de apoyo a la enseñanza no sólo eliminan problemas difíciles en el aprendizaje de los estudiantes, sino que también les brindan seguridad psicológica y un sentido de confianza en el sistema de educación a distancia, ayudándolos especialmente a desarrollar confianza en el aprendizaje.
Los servicios de apoyo a la enseñanza no esperan pasivamente a que los estudiantes hagan preguntas, sino que los guían activamente para encontrar y completar un proceso de aprendizaje optimizado que se ajuste a las leyes científicas.
4. Tener gran visión y adaptabilidad. En la educación a distancia, existen grandes diferencias individuales entre los estudiantes. Ya no es posible ver a todos los estudiantes como un todo. Pero hay que tratarlos por separado, al menos de forma diferente. Actualmente, muchos estudiantes no cuentan con las calificaciones necesarias para cursar estudios superiores. No podemos “ayudar” a estos estudiantes a “terminar” su educación animándolos. Más bien, debemos decirles sinceramente a los estudiantes que sólo eliminando la brecha de conocimientos y teniendo las condiciones necesarias para recibir educación superior podrán realmente comenzar a estudiar en TVU. Para otros estudiantes, aunque básicamente tienen las condiciones necesarias para recibir educación superior, en general no siempre es fácil. En el proceso de aprendizaje, siempre encontrarás diversas dificultades y problemas. Como profesor, debes tener una comprensión clara de esto. Y ante diferentes situaciones, debemos tener soluciones prácticas y efectivas a los problemas.
5. Purificar el entorno docente y mantener el equilibrio ecológico de la educación TVU. La ecología de la educación a distancia requiere que todos los elementos del sistema se adapten entre sí, estén en un sistema unificado y se coordinen entre sí. Actualmente TVU tiene serios problemas en este sentido. Esto también es un signo de la inmadurez de TVU. El entorno físico, el entorno de valores y el entorno estructural que enfrentamos no se pueden elegir. Todo tipo de fenómenos desagradables y corruptos en la sociedad invadirán inevitablemente el cuerpo de TVU, reducirán su calidad y reputación social y aumentarán aún más el valor de su diploma. Esto es contrario al propósito de la educación a distancia. No prestar atención al entorno ecológico en la construcción de RTVU arruinará su futuro.
La teoría de la estructura disipativa es una teoría científica nueva y madura. Muy inspirador para la educación a distancia. Pero esta teoría sigue siendo bastante arrogante. Utiliza muchas teorías matemáticas avanzadas. No sólo los estudiantes de TVB no pueden aprender estas teorías matemáticas, sino que los estudiantes que se especializan en matemáticas tampoco pueden aprenderlas. Entonces, dominar este tema no es fácil. Pero sus principios básicos son relativamente simples y directos. Aún queda mucho trabajo por hacer para aplicarlo a los sistemas de educación a distancia.